Hoe wetenskaplikes soek na buiteaardse lewe

2024 Outeur: Seth Attwood | [email protected]. Laas verander: 2023-12-16 15:56

Miskien is daar iewers in die heelal ander bewoonde wêrelde. Maar totdat ons hulle gevind het, is die minimum program om te bewys dat lewe buite die Aarde ten minste in een of ander vorm is. Hoe naby is ons daaraan?

Onlangs hoor ons toenemend van ontdekkings wat die bestaan van buiteaardse lewe "kan aandui". Eers in September 2020 het dit bekend geword oor die ontdekking van fosfiengas op Venus –’n potensiële teken van mikrobiese lewe – en soutmere op Mars, waar mikrobes ook kan bestaan.

Maar oor die afgelope 150 jaar het ruimteverkenners meer as een keer wensdenkery oorgedra. Daar is steeds geen betroubare antwoord op die hoofvraag nie. Of is daar in elk geval, maar wetenskaplikes is versigtig uit gewoonte?

Teleskooplyne

In die 1870's het die Italiaanse sterrekundige Giovanni Schiaparelli lang, dun lyne op die oppervlak van Mars deur 'n teleskoop gesien en dit as "kanale" verklaar. Hy het die boek oor sy ontdekking ondubbelsinnig getiteld "Lewe op die planeet Mars". “Dit is moeilik om nie foto's op Mars te sien wat soortgelyk is aan dié waaruit ons aardse landskap bestaan nie,” het hy geskryf.

In Italiaans het die woord canali beide natuurlike en kunsmatige kanale beteken (die wetenskaplike was self nie seker van die aard daarvan nie), maar toe dit vertaal word, het dit hierdie dubbelsinnigheid verloor. Schiaparelli se volgelinge het reeds duidelik gesê oor die harde Mars-beskawing, wat in 'n droë klimaat kolossale besproeiingsfasiliteite geskep het.

Lenin, wat die boek van Percival Lowell "Mars and Its Canals" in 1908 gelees het, het geskryf: "Wetenskaplike werk. Bewys dat Mars bewoon word, dat die kanale 'n wonderwerk van tegnologie is, dat mense daar 2/3 keer groter moet wees as die plaaslike mense, bowendien met stamme, en bedek met vere of dierevelle, met vier of ses pote.

N … ja, ons skrywer het ons bedrieg, die Mars-skoonhede onvolledig beskryf, moet volgens die resep wees: "Die duisternis van lae waarhede is vir ons dierbaarder as wat ons bedrog ophef". Lowell was 'n miljoenêr en voormalige diplomaat. Hy was lief vir sterrekunde en het sy eie geld gebruik om een van die mees gevorderde sterrewagte in Amerika te bou. Dit was te danke aan Lowell dat die onderwerp van Mars-lewe die voorblaaie van die grootste koerante ter wêreld getref het.

Weliswaar was baie navorsers reeds aan die einde van die 19de eeu twyfelagtig oor die opening van die "kanale". Waarnemings het voortdurend verskillende resultate gegee - die kaarte het selfs vir Schiaparelli en Loeull uiteengeval. In 1907 het bioloog Alfred Wallace bewys dat die temperatuur op die oppervlak van Mars baie laer is as wat Lowell aanvaar het, en die atmosferiese druk is te laag vir water om in vloeibare vorm te bestaan.

Die interplanetêre stasie "Mariner-9", wat in die 1970's foto's van die planeet uit die ruimte geneem het, het 'n einde gemaak aan die geskiedenis van die kanale: die "kanale" het geblyk 'n optiese illusie te wees.

Sedert die tweede helfte van die 20ste eeu het die hoop om 'n hoogs georganiseerde lewe te vind, afgeneem. Studies wat ruimtetuie gebruik het getoon dat die toestande op die nabygeleë planete nie eens naby dié op Aarde is nie: te sterk temperatuurdalings, 'n atmosfeer sonder tekens van suurstof, sterk winde en geweldige druk.

Aan die ander kant het die studie van die ontwikkeling van lewe op Aarde belangstelling in die soeke na soortgelyke prosesse in die ruimte aangewakker. Ons weet immers steeds nie hoe en te danke aan wat in beginsel die lewe ontstaan het nie.

Baie gebeure het die afgelope jare in hierdie rigting plaasgevind. Die hoofbelangstelling is die soeke na water, organiese verbindings waaruit proteïenlewensvorme kan vorm, asook biosignatures (stowwe wat deur lewende dinge geproduseer word) en moontlike spore van bakterieë in meteoriete.

Vloeistof bewys

Die teenwoordigheid van water is 'n voorvereiste vir die bestaan van lewe soos ons dit ken. Water dien as 'n oplosmiddel en katalisator vir sekere tipes proteïene. Dit is ook 'n ideale medium vir chemiese reaksies en vervoer van voedingstowwe. Daarbenewens absorbeer water infrarooi straling, sodat dit hitte kan behou - dit is belangrik vir koue hemelliggame wat redelik ver van die lig is.

Waarnemingsdata toon dat water in vaste, vloeibare of gasvormige toestand by die pole van Mercurius, binne meteoriete en komete, sowel as op Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus voorkom. Wetenskaplikes het ook voorgestel dat Jupiter se mane Europa, Ganymedes en Callisto groot ondergrondse oseane van vloeibare water het. Hulle het dit in een of ander vorm gevind in interstellêre gas en selfs op ongelooflike plekke soos die fotosfeer van sterre.

Maar die studie van spore van water kan belowend wees vir astrobioloë (spesialiste in buiteaardse biologie) slegs wanneer daar ander geskikte toestande is. Byvoorbeeld, temperature, druk en chemiese samestelling op dieselfde Saturnus en Jupiter is te ekstreem en veranderlik vir lewende organismes om daarby aan te pas.

Nog iets is die planete naby ons. Selfs al lyk hulle vandag onherbergsaam, kan klein oases met “oorblyfsels van voormalige weelde” op hulle bly.

In 2002 het die Mars Odyssey-wentelbaan afsettings van waterys onder die oppervlak van Mars ontdek. Ses jaar later het die Phoenix-sonde die resultate van sy voorganger bevestig, deur vloeibare water uit 'n ysmonster van die paal te verkry.

Dit was in ooreenstemming met die teorie dat vloeibare water redelik onlangs op Mars teenwoordig was (volgens astronomiese standaarde). Volgens sommige bronne het dit volgens ander “net” 3,5 miljard jaar gelede op die Rooi Planeet gereën – selfs 1,25 miljoen jaar gelede.

Daar het egter dadelik 'n struikelblok ontstaan: water op die oppervlak van Mars kan nie in 'n vloeibare toestand bestaan nie. By lae atmosferiese druk begin dit dadelik kook en verdamp – of vries. Daarom is die meeste van die bekende water op die planeet se oppervlak in die toestand van ys. Daar was hoop dat die interessantste onder die oppervlak gebeur het. Dit is hoe die hipotese van soutmere onder Mars ontstaan het. En net nou die dag het sy bevestiging gekry.

Wetenskaplikes van die Italiaanse Ruimte-agentskap het by een van die pole van Mars 'n stelsel van vier mere met vloeibare water ontdek, wat op 'n diepte van meer as 1,5 kilometer geleë is. Die ontdekking is gemaak met behulp van radioklankdata: die toestel rig radiogolwe na die binnekant van die planeet, en wetenskaplikes bepaal deur hul refleksie die samestelling en struktuur daarvan.

Die bestaan van 'n hele stelsel van mere, volgens die skrywers van die werk, dui daarop dat dit 'n gewone verskynsel vir Mars is.

Die presiese spesifieke konsentrasie soute in die Mars-mere is nog onbekend, asook hul samestelling. Volgens die wetenskaplike direkteur van die Mars-program, Roberto Orosei, praat ons van baie sterk oplossings met “tiene persent” sout.

Daar is halofiele mikrobes op aarde wat van hoë soutgehalte hou, verduidelik mikrobioloog Elizaveta Bonch-Osmolovskaya. Hulle stel stowwe vry wat help om water-elektriese balans te handhaaf en selstrukture te beskerm. Maar selfs in uiters sout ondergrondse mere (brins) met 'n konsentrasie van tot 30% is daar min sulke mikrobes.

Volgens Orosei kan spore van lewensvorme wat bestaan het toe daar warmer klimate en water op die planeet se oppervlak was, en toestande wat soos die vroeë Aarde gelyk het, in die Mars-mere agterbly.

Maar daar is nog 'n struikelblok: die samestelling van die water. Die Marsgrond is ryk aan perchlorate - soute van perchloorsuur. Perchloraatoplossings vries teen aansienlik laer temperature as gewone of selfs seewater. Maar die probleem is dat perchlorate aktiewe oksidante is. Hulle bevorder die ontbinding van organiese molekules, wat beteken hulle is skadelik vir mikrobes.

Miskien onderskat ons die vermoë van die lewe om by die moeilikste omstandighede aan te pas. Maar om dit te bewys, moet jy ten minste een lewende sel vind.

"Bricks" sonder om te vuur

Die lewensvorme wat op Aarde leef, kan nie voorgestel word sonder komplekse organiese molekules wat koolstof bevat nie. Elke koolstofatoom kan tot vier bindings met ander atome op dieselfde tyd skep, wat 'n geweldige magdom verbindings tot gevolg het. Die koolstof "geraamte" is teenwoordig in die basis van alle organiese stowwe - insluitend proteïene, polisakkariede en nukleïensure, wat as die belangrikste "boustene" van lewe beskou word.

Die panspermia-hipotese beweer net dat lewe in sy eenvoudigste vorme vanuit die ruimte na die aarde gekom het. Iewers in die interstellêre ruimte het toestande ontwikkel wat dit moontlik gemaak het om komplekse molekules saam te stel.

Miskien nie in die vorm van 'n sel nie, maar in die vorm van 'n soort protogenoom - nukleotiede wat op die eenvoudigste manier kan reproduseer en die inligting wat nodig is vir die oorlewing van 'n molekule kodeer.

Vir die eerste keer het die gronde vir sulke gevolgtrekkings 50 jaar gelede verskyn. Molekules van uracil en xanthine is gevind in die Marchison-meteoriet, wat in 1969 in Australië geval het. Dit is stikstofbasisse wat in staat is om nukleotiede te vorm, waaruit nukleïensuurpolimere - DNA en RNA - reeds saamgestel is.

Die taak van wetenskaplikes was om vas te stel of hierdie bevindings 'n gevolg is van besoedeling op Aarde, na die sondeval, of 'n buiteaardse oorsprong het. En in 2008, met behulp van die radiokoolstofmetode, was dit moontlik om vas te stel dat uracil en xanthine wel gevorm is voordat die meteoriet na die aarde geval het.

Nou in Marchison en soortgelyke meteoriete (dit word koolstofhoudende chondriete genoem), het wetenskaplikes allerhande basisse gevind waaruit beide DNA en RNA gebou word: komplekse suikers, insluitend ribose en deoksiribose, verskeie aminosure, insluitend essensiële vetsure. Boonop is daar aanduidings dat organiese stowwe direk in die ruimte gevorm word.

In 2016, met die hulp van die Rosetta-apparaat van die Europese Ruimte-agentskap, is spore van die eenvoudigste aminosuur - glisien - sowel as fosfor, wat ook 'n belangrike komponent vir die oorsprong van lewe is, in die stert van komeet Gerasimenko gevind. -Churyumov.

Maar sulke ontdekkings suggereer eerder hoe lewe na die aarde gebring kon word. Of dit vir 'n lang tyd buite aardse toestande kan oorleef en ontwikkel, is nog onduidelik. "Groot molekules, komplekse molekules, wat ons sonder enige opsies as organies op Aarde sou klassifiseer, kan in die ruimte gesintetiseer word sonder die deelname van lewende wesens," sê sterrekundige Dmitry Vibe. "Ons weet dat interstellêre organiese materiaal in die sonnestelsel ingekom het en die aarde. Maar toe gebeur iets anders met haar - die isotopiese samestelling en simmetrie was besig om te verander."

Spore in die atmosfeer

Nog 'n belowende manier om na lewe te soek word geassosieer met biosignatures, of biomerkers. Dit is stowwe waarvan die teenwoordigheid in die atmosfeer of grond van die planeet beslis die teenwoordigheid van lewe aandui. Daar is byvoorbeeld baie suurstof in die aarde se atmosfeer, wat gevorm word as gevolg van fotosintese met die deelname van plante en groen alge. Dit bevat ook baie metaan en koolstofdioksied, wat deur bakterieë en ander lewende organismes in die proses van gaswisseling tydens asemhaling geproduseer word.

Maar om spore van metaan of suurstof in die atmosfeer (sowel as water) te vind, is nog nie 'n rede om sjampanje oop te maak nie. Metaan kan byvoorbeeld ook in die atmosfeer van steragtige voorwerpe - bruin dwerge - gevind word.

En suurstof kan gevorm word as gevolg van die splitsing van waterdamp onder die invloed van sterk ultravioletstraling. Sulke toestande word waargeneem op die eksoplaneet GJ 1132b, waar die temperatuur 230 grade Celsius bereik. Lewe onder sulke omstandighede is onmoontlik.

Vir 'n gas om as 'n biosignatuur beskou te word, moet die biogeniese oorsprong daarvan bewys word, dit wil sê, dit moet juis gevorm word as gevolg van die aktiwiteit van lewende wesens. So 'n oorsprong van gasse word byvoorbeeld aangedui deur hul variasie in die atmosfeer. Waarnemings toon dat metaanvlakke op Aarde met die seisoen fluktueer (en die aktiwiteit van lewende dinge hang af van die seisoen).

As metaan op 'n ander planeet uit die atmosfeer verdwyn, dan verskyn dit (en dit kan byvoorbeeld gedurende 'n jaar aangeteken word), beteken dit dat iemand dit uitstraal.

Mars het geblyk weer een van die moontlike bronne van "lewende" metaan te wees. Die eerste tekens daarvan in die grond is aan die lig gebring deur die toestelle van die Viking-program, wat in die 1970's na die planeet gestuur is - net met die doel om na organiese materiaal te soek. Die ontdekte molekules van metaan in kombinasie met chloor is aanvanklik as bewyse geneem. Maar in 2010 het 'n aantal navorsers hierdie standpunt hersien.

Hulle het gevind dat die perchlorate wat reeds aan ons bekend is in Marsgrond, wanneer dit verhit word, die meeste van die organiese materiaal vernietig. En die monsters van die Vikings is verhit.

In die atmosfeer van Mars is spore van metaan vir die eerste keer in 2003 ontdek. Die vonds het dadelik gesprekke oor die bewoonbaarheid van Mars laat herleef. Die feit is dat enige beduidende hoeveelhede van hierdie gas in die atmosfeer nie lank sal hou nie, maar deur ultravioletstraling vernietig sal word. En as metaan nie afbreek nie, het wetenskaplikes tot die gevolgtrekking gekom dat daar 'n permanente bron van hierdie gas op die Rooi Planeet is. En tog het die wetenskaplikes nie vaste vertroue gehad nie: die data wat verkry is, het nie uitgesluit dat die metaan wat gevind is dieselfde "besoedeling" was nie.

Maar waarnemings van die Curiosity-rover in 2019 het 'n abnormale styging in metaanvlakke aangeteken. Boonop het dit geblyk dat die konsentrasie daarvan nou drie keer hoër is as die vlak van gas wat in 2013 aangeteken is. En toe gebeur 'n nog meer geheimsinnige ding - die konsentrasie van metaan het weer tot agtergrondwaardes gedaal.

Die metaanraaisel het steeds geen ondubbelsinnige antwoord nie. Volgens sommige weergawes kan die rover aan die onderkant van 'n krater geleë wees, waarin daar 'n ondergrondse bron van metaan is, en die vrystelling daarvan word geassosieer met die tektoniese aktiwiteit van die planeet.

Biohandtekeninge kan egter taamlik onvoor die hand liggend wees. Byvoorbeeld, in September 2020 het 'n span by Cardiff Universiteit spore van fosfiengas op Venus opgespoor, 'n spesiale fosforverbinding wat betrokke is by die metabolisme van anaërobiese bakterieë.

In 2019 het rekenaarsimulasies getoon dat fosfien nie op planete met 'n soliede kern gevorm kan word nie, behalwe as gevolg van die aktiwiteit van lewende organismes. En die hoeveelheid fosfien wat op Venus gevind is, het ten gunste van die feit gespreek dat dit nie 'n fout of 'n toevallige onreinheid was nie.

Maar 'n aantal wetenskaplikes is skepties oor die ontdekking. Astrobioloog en kenner van verminderde toestande van fosfor Matthew Pasek het voorgestel dat daar een of ander eksotiese proses is wat nie deur rekenaarsimulasies in ag geneem is nie. Dit was hy wat op Venus kon afspeel. Pasek het bygevoeg dat wetenskaplikes steeds nie seker is hoe lewe op aarde fosfien produseer en of dit hoegenaamd deur organismes geproduseer word nie.

Begrawe in klip

Nog 'n moontlike teken van lewe, wat weer met Mars geassosieer word, is die teenwoordigheid in monsters van die planeet van vreemde strukture soortgelyk aan die oorblyfsels van lewende wesens. Dit sluit die Mars-meteoriet ALH84001 in. Dit het sowat 13 000 jaar gelede van Mars af gevlieg en is in 1984 in Antarktika gevind deur geoloë wat met sneeuscooters om die Allan-heuwels (ALH staan vir Allan-heuwels) in Antarktika gery.

Hierdie meteoriet het twee kenmerke. Eerstens is dit 'n monster van rotse uit die era van daardie selfde "nat Mars", dit wil sê die tyd toe daar water op kon wees. Die tweede - vreemde strukture is daarin gevind, wat herinner aan gefossileerde biologiese voorwerpe. Boonop het dit geblyk dat hulle spore van organiese materiaal bevat! Hierdie "gefossiliseerde bakterieë" het egter niks met terrestriële mikroörganismes te doen nie.

Hulle is te klein vir enige aardse sellulêre lewe. Dit is egter moontlik dat sulke strukture dui op die voorgangers van die lewe. In 1996 het David McKay van die Johnson-sentrum vir NASA en sy kollegas sogenaamde pseudomorfe in’n meteoriet gevind – ongewone kristallyne strukture wat die vorm van (in hierdie geval)’n biologiese liggaam naboots.

Kort na die 1996-aankondiging het Timothy Swindle, 'n planetêre wetenskaplike aan die Universiteit van Arizona, 'n informele opname onder meer as 100 wetenskaplikes gedoen om uit te vind hoe die wetenskaplike gemeenskap oor die aansprake voel.

Baie wetenskaplikes was skepties oor die McKay-groep se aansprake. Veral 'n aantal navorsers het aangevoer dat hierdie insluitings kan ontstaan as gevolg van vulkaniese prosesse. Nog 'n beswaar het verband gehou met die baie klein (nanometer) afmetings van die strukture. Ondersteuners het egter hierteen beswaar gemaak dat nanobakterieë op Aarde gevind is. Daar is 'n werk wat die fundamentele ononderskeibaarheid van moderne nanobakterieë van voorwerpe van ALH84001 toon.

Die debat is vasgevang om dieselfde rede as in die geval van Venusiese fosfien: ons het nog min idee van hoe sulke strukture gevorm word. Niemand kan waarborg dat die ooreenkoms nie toevallig is nie. Boonop is daar kristalle op Aarde, soos keriet, wat moeilik is om te onderskei van die "gefossileerde" oorblyfsels van selfs gewone mikrobes (om nie eers te praat van swak bestudeerde nanobakterieë nie).

Die soeke na buiteaardse lewe is soos om agter jou eie skaduwee aan te hardloop. Dit blyk dat die antwoord voor ons lê, ons moet net nader kom. Maar hy beweeg weg en kry nuwe kompleksiteite en voorbehoude. Dit is hoe die wetenskap werk – deur “vals positiewes” uit te skakel. Wat as die spektrale analise misbrand? Wat as metaan op Mars net 'n plaaslike anomalie is? Wat as die strukture wat soos bakterieë lyk, net 'n natuurspeletjie is? Alle twyfel kan nie heeltemal uitgesluit word nie.

Dit is heel moontlik dat lewensuitbrekings voortdurend in die Heelal verskyn – hier en daar. En ons, met ons teleskope en spektrometers, is altyd laat vir 'n afspraak. Of, omgekeerd, ons kom te vroeg. Maar as jy glo in die Kopernikaanse beginsel, wat sê dat die Heelal as geheel homogeen is en aardse prosesse iewers anders moet plaasvind, sal ons vroeër of later mekaar kruis. Dit is 'n kwessie van tyd en tegnologie.