ASTROBIOLÓGIA: HISTÓRIA, PREDMET ŠTÚDIA A VÝZNAM - BIOLÓGIE

Astrobiológia alebo Exobiology je odvetvie biológie, ktorá sa zaoberá problematikou pôvodu, distribúciu a dynamiku života v kontexte z oboch našej planéty, ako celý vesmír. Dalo by sa teda povedať, že ako veda je astrobiológia vo vesmíre, čo je biológia pre planétu Zem.

Vďaka širokému spektru pôsobenia astrobiológie v nej zbývajú aj ďalšie vedy ako sú: fyzika, chémia, astronómia, molekulárna biológia, biofyzika, biochémia, kozmológia, geológia, matematika, výpočtová technika, sociológia, antropológia, archeológia.

Obrázok 1. Umelecká interpretácia súvislosti medzi životom a prieskumom vesmíru. Zdroj: NASA / Cheryse Triano

Astrobiológia vníma život ako jav, ktorý by mohol byť „univerzálny“. Zaoberá sa ich možným kontextom alebo scenármi; jeho požiadavky a minimálne podmienky; príslušné procesy; jeho expanzívne procesy; okrem iných tém. Nie je obmedzený na inteligentný život, ale skúma každý možný typ života.

História astrobiológie

História astrobiológie sa možno datuje od počiatkov ľudstva ako druhu a jeho schopnosti spochybňovať vesmír a život na našej planéte. Odtiaľ pochádzajú prvé vízie a vysvetlenia, ktoré sú stále prítomné v mýtoch mnohých ľudí dnes.

Aristoteliánska vízia

Aristoteliánska vízia považovala Slnko, Mesiac, zvyšok planét a hviezd za dokonalé gule, ktoré nás obiehali a okolo nás sa sústredili kruhy.

Táto vízia predstavovala geocentrický model vesmíru a bola koncepciou, ktorá poznačila ľudstvo v stredoveku. Pravdepodobne nemohla mať v tom čase zmysel otázka existencie „obyvateľov“ mimo našej planéty.

Kopernikský pohľad

V stredoveku navrhol Nicolás Copernicus svoj heliocentrický model, ktorý umiestnil Zem ako ďalšiu planétu otáčajúcu sa okolo Slnka.

Tento prístup hlboko ovplyvnil spôsob, akým sa pozeráme na zvyšok vesmíru a dokonca sa pozeráme na seba, pretože to nás priviedlo na miesto, ktoré asi nebolo také zvláštne, ako sme si mysleli. Potom možnosť existencie iných planét podobných našej, a tým aj iného života, ako je ten, ktorý poznáme.

Obrázok 2. Heliocentrický systém Copernicus. Zdroj: Public domain, prostredníctvom Wikimedia Commons

Prvé myšlienky mimozemského života

Francúzsky spisovateľ a filozof Bernard le Bovier de Fontenelle koncom 17. storočia už navrhoval, že život môže existovať aj na iných planétach.

V polovici 18. storočia veľa vedcov spojených s osvietenstvom písalo o mimozemskom živote. Dokonca aj poprední astronómovia tej doby, ako Wright, Kant, Lambert a Herschel, predpokladali, že môžu byť obývané planéty, mesiace a dokonca aj kométy.

Takto začalo devätnáste storočie väčšina akademických vedcov, filozofov a teológov, ktorí zdieľali vieru v existenciu mimozemského života na takmer všetkých planétach. V tom čase sa to považovalo za spoľahlivý predpoklad založený na rastúcom vedeckom porozumení vesmíru.

Dramatické rozdiely medzi nebeskými telesami slnečnej sústavy (pokiaľ ide o ich chemické zloženie, atmosféru, gravitáciu, svetlo a teplo) sa ignorovali.

Avšak s rastúcou silou ďalekohľadov as príchodom spektroskopie boli astronómovia schopní pochopiť chémiu blízkych planetárnych atmosfér. Dalo by sa teda vylúčiť, že okolité planéty boli obývané organizmami podobnými terestriálnym.

Predmet štúdia astrobiológie

Astrobiológia sa zameriava na štúdium nasledujúcich základných otázok:

Čo je život?
Ako vznikol život na Zemi?
Ako sa vyvíja a vyvíja život?
Existuje život inde vo vesmíre?
Aká je budúcnosť života na Zemi a inde vo vesmíre, ak existuje?

Z týchto otázok vyvstáva mnoho ďalších otázok, ktoré súvisia s predmetom štúdia astrobiológie.

Mars ako model pre štúdium a prieskum vesmíru

Červená planéta, Mars, bola poslednou baštou hypotéz mimozemského života v slnečnej sústave. Myšlienka existencie života na tejto planéte pôvodne vychádza z pozorovaní astronómov koncom 19. a začiatkom 20. storočia.

Tvrdili, že značky na povrchu Marsu boli vlastne kanály vybudované populáciou inteligentných organizmov. Tieto vzory sa teraz považujú za produkt vetra.

Misie

Vesmírne sondy Mariner sú príkladom vesmírneho veku, ktorý sa začal na konci 50. rokov 20. storočia. Táto éra umožňovala priamo vizualizovať a skúmať planétové a lunárne povrchy v slnečnej sústave; čím sa vylučujú tvrdenia o mnohonásobných a ľahko rozpoznateľných mimozemských formách života v slnečnej sústave.

V roku 1964 misia NASA Mariner 4 vyslala prvé detailné fotografie povrchu Marsu, znázorňujúce v podstate púštnu planétu.

Následné misie na Mars a vonkajšie planéty však umožnili podrobný pohľad na tieto telá a ich mesiace, a najmä v prípade Marsu, čiastočné pochopenie ich skorej histórie.

V rôznych mimozemských prostrediach vedci zistili, že prostredia sa príliš nelíšia od osídlených prostredí na Zemi.

Najdôležitejším záverom týchto prvých vesmírnych misií bolo nahradenie špekulatívnych predpokladov chemickými a biologickými dôkazmi, čo umožňuje objektívne študovať a analyzovať.

Existuje život na Marse? Misia

V prvom rade výsledky námorných misií podporujú hypotézu o neexistencii života na Marse. Musíme si však uvedomiť, že sa hľadal makroskopický život. Nasledujúce misie spochybňujú absenciu mikroskopického života.

Obrázok 3. Orbitálna a suchozemská sonda misie Viking. Zdroj: Don Davis, prostredníctvom Wikimedia Commons

Napríklad z troch experimentov určených na detekciu života, ktoré vykonala pozemná sonda misie Viking, sa dva vrátili pozitívne a jeden negatívne.

Napriek tomu sa väčšina vedcov zapojených do experimentov sondou Viking zhoduje na tom, že na Marse neexistuje dôkaz o bakteriálnom živote a výsledky sú oficiálne nepresvedčivé.

Obrázok 4. Pristávacia sonda (Lander) misie Viking. Zdroj: NASA / JPL-Caltech / Arizonská univerzita, prostredníctvom Wikimedia Commons

misie

Na základe kontroverzných výsledkov misií Viking Európska vesmírna agentúra (ESA) spustila v roku 2003 misiu Mars Express, ktorá bola navrhnutá osobitne pre exobiologické a geochemické štúdie.

Táto misia zahŕňala sondu s názvom Beagle 2 (homonymnú pre loď, po ktorej cestoval Charles Darwin), ktorá bola navrhnutá tak, aby hľadala známky života na plytkom povrchu Marsu.

Táto sonda bohužiaľ stratila kontakt so Zemou a nemohla uspokojivo vykonávať svoju misiu. Podobný osud mal aj sonda NASA „Mars Polar Lander“ v roku 1999.

poslanie

Po týchto neúspešných pokusoch v máji 2008 sa Phoenixská misia NASA dostala na Mars a za 5 mesiacov dosiahla mimoriadne výsledky. Jeho hlavné výskumné ciele boli exobiologické, klimatické a geologické.

Táto sonda dokázala dokázať existenciu:

Sneh v atmosfére Marsu.
Voda vo forme ľadu pod hornými vrstvami tejto planéty.
Zásadité pôdy s pH medzi 8 a 9 (aspoň v oblasti blízko zostupu).
Kvapalná voda na povrchu Marsu v minulosti

Prieskum Marsu pokračuje

Prieskum Marsu pokračuje dnes pomocou špičkových robotických nástrojov. Misie Rovers (MER-A a MER-B) poskytli pôsobivý dôkaz o existencii vodnej aktivity na Marse.

Napríklad sa našli dôkazy o sladkej vode, vriacich prameňoch, hustej atmosfére a aktívnom vodnom cykle.

Obrázok 5. Výkres modelu Rover MER-B (Opportunity) na povrchu Marsu. Zdroj: NASA / JPL / Cornell University, Maas Digital LLC, prostredníctvom Wikimedia Commons

Pokiaľ ide o Mars, získali sa dôkazy o tom, že niektoré horniny sa formovali v prítomnosti kvapalnej vody, napríklad Jarosite, ktorá bola zistená pomocou MER-B (Opportunity) Rover, ktorý bol aktívny od roku 2004 do roku 2018.

Rover MER-A (zvedavosť) meral sezónne výkyvy v metáne, ktoré vždy súviseli s biologickou aktivitou (údaje uverejnené v roku 2018 v časopise Science). Našiel tiež organické molekuly, ako je tiofén, benzén, toluén, propán a bután.

Obrázok 6. Sezónne kolísanie hladín metánu na Marse, merané pomocou Rover MER-A (zvedavosť). Zdroj: NASA / JPL-Caltech

Na Marse bola voda

Aj keď je povrch Marsu v súčasnosti nehostinný, existuje jasný dôkaz, že v dávnej minulosti umožnilo marťanské podnebie na povrchu akumulovať tekutú vodu, ktorá je nevyhnutnou súčasťou života, ako ju poznáme.

Údaje spoločnosti Rover MER-A (zvedavosť) ukazujú, že pred miliardami rokov jazero v kráteru Gale obsahovalo všetky zložky potrebné pre život vrátane chemických zložiek a zdrojov energie.

Marťanské meteority

Niektorí vedci považujú marťanské meteority za dobrý zdroj informácií o planéte, dokonca naznačujú, že existujú prírodné organické molekuly a dokonca aj mikrofosílie baktérií. Tieto prístupy sú predmetom vedeckej diskusie.

Obrázok 7. Mikroskopický pohľad na vnútornú štruktúru meteoritu ALH84001, znázorňujúci štruktúry podobné bacilom. Zdroj: NASA, prostredníctvom Wikimedia Commons

Tieto meteority z Marsu sú veľmi zriedkavé a predstavujú iba priamo analyzovateľné vzorky červenej planéty.

Panspermia, meteority a kométy

Jedna z hypotéz, ktorá uprednostňuje štúdium meteoritov (a tiež komét), sa nazýva panspermia. Toto spočíva v predpoklade, že v minulosti došlo k kolonizácii Zeme mikroorganizmami, ktoré sa dostali do týchto meteoritov.

Dnes existujú aj hypotézy, ktoré naznačujú, že suchozemská voda pochádza z komét, ktoré v minulosti bombardovali našu planétu. Okrem toho sa predpokladá, že tieto kométy mohli priniesť so sebou pôvodné molekuly, ktoré umožnili rozvoj života alebo dokonca už rozvinutý život v nich uložený.

Nedávno v septembri 2017 Európska vesmírna agentúra (ESA) úspešne dokončila misiu Rosseta, ktorá sa začala v roku 2004. Táto misia spočívala v prieskume kométy 67P / Churyumov-Gerasimenko s Philaeho sondou, ktorá ju dosiahla a obiehala, aby potom zostup. Výsledky tejto misie sa stále skúmajú.

Význam astrobiológie

Fermiho paradox

Dá sa povedať, že pôvodná otázka, ktorá motivuje štúdium Aastrobiológie, je: Sme vo vesmíre sami?

Len v Mliečnej ceste existujú stovky miliárd hviezdnych systémov. Táto skutočnosť, spolu s vekom vesmíru, naznačuje, že život by mal byť v našej galaxii bežným javom.

V tejto súvislosti je známa otázka, ktorú položil fyzik Nobelovej ceny Enrico Fermi: "Kde sú všetci?" zo života.

Otázka nakoniec viedla k vzniku paradoxu, ktorý nesie jeho meno a ktorý je uvedený nasledovne:

Program SETI a hľadanie mimozemskej spravodajskej služby

Jednou z možných odpovedí na Fermiho paradox by mohlo byť, že civilizácie, o ktorých uvažujeme, sú skutočne tam, ale my sme ich nehľadali.

V roku 1960 Frank Drake spolu s ďalšími astronómami začal program Vyhľadávanie mimozemských spravodajských služieb (SETI).

Tento program vyvinul spoločné úsilie s NASA pri hľadaní príznakov mimozemského života, ako sú rádiové a mikrovlnné signály. Otázky, ako a kde hľadať tieto signály, viedli k veľkému pokroku v mnohých vedných odboroch.

Obrázok 8. Rádioteleskop používaný spoločnosťou SETI v Arecibo v Portoriku. Zdroj: JidoBG, z Wikimedia Commons

V roku 1993 americký Kongres zrušil financovanie NASA na tento účel v dôsledku mylných predstáv o význame toho, čo vyhľadávanie naznačuje. Dnes je projekt SETI financovaný zo súkromných zdrojov.

Projekt SETI priniesol dokonca hollywoodske filmy, ako napríklad Contact, v hlavnej úlohe herečky Jodie Fosterovej a inšpirované románom s rovnakým menom, ktorý napísal svetoznámy astronóm Carl Sagan.

Drakeova rovnica

Frank Drake odhadol počet civilizácií s komunikačnými schopnosťami pomocou výrazu, ktorý nesie jeho meno:

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

Kde N predstavuje počet civilizácií so schopnosťou komunikovať so Zemou a je vyjadrený ako funkcia iných premenných, ako napríklad:

R *: rýchlosť tvorby hviezd podobná nášmu slnku
f _p : zlomok týchto hviezdnych systémov s planétami
n _e : počet planét podobných Zemi na planétový systém
f _l : zlomok týchto planét, kde sa vyvíja život
f _i : zlomok, v ktorom vzniká inteligencia
f _c : zlomok komunikačne vhodných planét
L: „životnosť“ týchto civilizácií.

Drake formuloval túto rovnicu skôr ako nástroj na „dimenzovanie“ problému, nie ako prvok na konkrétne odhady, pretože mnohé z jeho pojmov sa dajú veľmi ťažko odhadnúť. Existuje však zhoda v tom, že počet, ktorý má tendenciu hádzať, je veľký.

Nové scenáre

Mali by sme poznamenať, že keď sa formulovala Drakeova rovnica, existovalo len veľmi málo dôkazov o planétach a mesiacoch mimo našej slnečnej sústavy (exoplanety). V 90. rokoch sa objavili prvé dôkazy o exoplanetách.

Obrázok 9. Keplerov ďalekohľad. Zdroj: NASA, prostredníctvom Wikimedia Commons

Napríklad Keplerova misia NASA zistila 3 538 kandidátov na exoplanety, z ktorých najmenej 1 000 sa považuje za „obývateľnú zónu“ posudzovaného systému (vzdialenosť, ktorá umožňuje existenciu tekutej vody).

Astrobiológia a skúmanie koncov Zeme

Jednou z výhod astrobiológie je, že do veľkej miery inšpirovala túžbu preskúmať našu planétu. To s nádejou, že analógia pochopí fungovanie života v iných prostrediach.

Napríklad štúdium hydrotermálnych prieduchov na morskom dne nám umožnilo prvýkrát pozorovať život nesúvisiaci s fotosyntézou. To znamená, že tieto štúdie nám ukázali, že môžu existovať systémy, v ktorých život nezávisí od slnečného žiarenia, ktoré sa vždy považovali za nevyhnutnú požiadavku.

To nám umožňuje predpokladať možné scenáre života na planétach, kde je možné získať tekutú vodu, ale pod silnými vrstvami ľadu, ktoré by zabránili vniknutiu svetla do organizmov.

Ďalším príkladom je štúdia suchých dolín Antarktídy. Tam získali fotosyntetické baktérie, ktoré prežili chránené vo vnútri hornín (endolytické baktérie).

V tomto prípade hornina slúži ako opora aj ako ochrana pred nepriaznivými podmienkami miesta. Táto stratégia sa zistila aj v soľných bytoch a horúcich prameňoch.

Obrázok 10. McMurdo Dry Valleys v Antarktíde, jedno z miest na Zemi najviac podobných Marsu. Zdroj: Ministerstvo zahraničných vecí USA zo Spojených štátov prostredníctvom Wikimedia Commons

Perspektívy astrobiológie

Vedecké hľadanie mimozemského života bolo doteraz neúspešné. Ale to sa stáva sofistikovanejším, pretože astrobiologický výskum prináša nové poznatky. V nasledujúcom desaťročí astrobiologického prieskumu sa zistí:

Väčšie úsilie na objavovanie Marsu a ľadových mesiacov Jupitera a Saturn.
Bezprecedentná schopnosť pozorovať a analyzovať extrasolárne planéty.
Väčší potenciál navrhovať a študovať jednoduchšie formy života v laboratóriu.

Všetky tieto pokroky nepochybne zvýšia našu pravdepodobnosť nájdenia života na planétach podobných Zemi. Ale mimozemský život snáď neexistuje alebo je tak rozptýlený po celej galaxii, že nemáme takmer žiadnu šancu ho nájsť.

Aj keď je tento scenár pravdivý, výskum v astrobiológii stále viac rozširuje našu perspektívu života na Zemi a jej miesta vo vesmíre.

Referencie

Chela-Flores, J. (1985). Evolúcia ako kolektívny jav. Journal of Theoretical Biology, 117 (1), 107-118. doi: 10,016 / s0022-5193 (85) 80166-1
Eigenbrode, JL, Summons, RE, Steele, A., Freissinet, C., Millan, M., Navarro-González, R.,… Coll, P. (2018). Organické látky konzervované v 3 miliárdročných bahnitých kameňoch v kráteri Gale na Marse. Science, 360 (6393), 1096-1101. doi: 10,1126 / science.aas9185
Goldman, AD (2015). Astrobiológia: Prehľad. In: Kolb, Vera (eds). ASTROBIOLOGY: CRC Press s evolučným prístupom
Goordial, J., Davila, A., Lacelle, D., Pollard, W., Marinova, MM, Greer, CW,… Whyte, LG (2016). Dosiahnutie chladných suchých limitov mikrobiálneho života v permafroste horného suchého údolia, Antarktídy. The ISME Journal, 10 (7), 1613 - 1624. doi: 10,1038 / izmej.2015.239
Krasnopolsky, VA (2006). Niektoré problémy sa týkali pôvodu metánu na Marse. Icarus, 180 (2), 359 - 367. doi: 10,016 / j.icarus 2005.10.015
LEVIN, GV a STRAAT, PA (1976). Experiment s biologickým uvoľňovaním podľa Vikinga: Predbežné výsledky. Science, 194 (4271), 1322 - 1329. doi: 10.1126 / science.194.4271.1322
Ten Kate, IL (2018). Organické molekuly na Marse. Science, 360 (6393), 1068-1069. doi: 10,1126 / science.aat2662
Webster, CR, Mahaffy, PR, Atreya, SK, Moores, JE, Flesch, GJ, Malespin, C.,… Vasavada, AR (2018). Hladiny pozadia metánu v atmosfére Marsu ukazujú silné sezónne výkyvy. Science, 360 (6393), 1093-1096. doi: 10,1126 / science.aaq0131
Whiteway, JA, Komguem, L., Dickinson, C., Cook, C., Illnicki, M., Seabrook, J.,… Smith, PH (2009). Mraky a zrážky typu Water-Ice Mars. Science, 325 (5936), 68-70. doi: 10.1126 / science.1172344

ASTROBIOLÓGIA: HISTÓRIA, PREDMET ŠTÚDIA A VÝZNAM - BIOLÓGIE - 2026