V filmu "Avatar" bi lahko na prvi pogled povedali, da je vesoljska luna Pandora prepredena z vesoljskim življenjem. V enem gramu zemlje je 50 milijonov bakterijskih organizmov, bakterijska biomasa v svetu pa presega rastlino vseh rastlin in živali. Mikrobi lahko rastejo v ekstremnih okoljih temperature, slanosti, kislosti, sevanja in tlaka. Najverjetnejša oblika, v kateri bomo srečali življenje drugje v našem osončju, je mikroba.
Astrobiologi potrebujejo strategije za sklepanje o prisotnosti tujčevega mikroba ali o fosiliziranih ostankih. Potrebujejo strategije za sklepanje o prisotnosti tujcev na oddaljenih planetih drugih zvezd, ki so v bližnji prihodnosti predaleč, da bi jih lahko raziskali s vesoljskimi plovili. Da bi to storili, hrepenijo po definiciji življenja, ki bi omogočala zanesljivo razlikovanje življenja od neživljenjskega.
Na žalost, kot smo videli v prvem delu te serije, filozofi in znanstveniki kljub ogromni rasti našega živega življenja niso mogli takšne opredelitve. Astrobiologi se kar najbolje lotijo z delnimi definicijami in izjemami. Njihovo iskanje je usmerjeno v značilnosti življenja na Zemlji, edino življenje, ki ga trenutno poznamo.
V prvem obroku smo videli, kako sestava prizemnega življenja vpliva na iskanje nezemeljskega življenja. Astrobiologi iščejo okolja, ki so nekoč vsebovala ali trenutno vsebujejo tekočo vodo in ki vsebujejo kompleksne molekule na osnovi ogljika. Vendar mnogi znanstveniki menijo, da so bistvene značilnosti življenja povezane z njegovimi zmogljivostmi in ne s sestavo.
Leta 1994 je NASA-jev odbor sprejel definicijo življenja kot "samooskrbnega kemičnega sistema, sposobnega Darwinove evolucije", ki je temeljil na predlogu Carla Sagana. Ta definicija vsebuje dve značilnosti, metabolizem in evolucijo, ki se običajno omenjata v življenjskih definicijah.
Presnova je niz kemičnih procesov, s katerimi živa bitja aktivno porabljajo energijo za vzdrževanje, rast in razvoj. Po drugem zakonu termodinamike bo sistem, ki ne vpliva na svoje zunanje okolje, s časom postal bolj neorganiziran in enoten. Žive stvari gradijo in vzdržujejo svoje neverjetno, zelo organizirano stanje, ker izkoriščajo vire energije v svojem zunanjem okolju, da napajajo svojo presnovo.
Rastline in nekatere bakterije uporabljajo energijo sončne svetlobe za proizvodnjo večjih organskih molekul iz preprostejših podenot. Te molekule skladiščijo kemično energijo, ki jo lahko kasneje izločijo druge kemične reakcije, da okrepijo metabolizem. Živali in nekatere bakterije porabljajo rastline ali druge živali kot hrano. Razgrajujejo kompleksne organske molekule v svoji hrani na enostavnejše, da izločijo svojo shranjeno kemično energijo. Nekatere bakterije lahko v procesu kemosinteze porabijo energijo, ki jo vsebujejo kemikalije, pridobljene iz neživih virov.
V članku iz leta 2014 v AstrobiologijaLucas John Mix, s Harvarda evolucijski biolog, je metabolično opredelitev življenja navedel kot Haldane Life po pionirskem fiziologu J. B. S. Haldaneu. Definicija življenja Haldane ima svoje težave. Tornada in vrtinci, kot je Jupitrova Velika rdeča točka, uporabljajo okoljsko energijo za vzdrževanje svoje urejene strukture, vendar niso živi. Ogenj uporablja energijo iz svojega okolja za vzdrževanje in rast, vendar tudi ni živ.
Kljub pomanjkljivostim so astrobiologi za oblikovanje poskusov uporabili Haldane definicijo. Izsledniki Marsa iz Vikinga so se doslej edini poskusili neposredno preizkusiti na nezemeljsko življenje z odkrivanjem domnevnih presnovnih aktivnosti marsovskih mikrobov. Domnevali so, da je marsovska presnova kemično podobna svoji prizemni kolegici.
Eden poskus je želel odkriti presnovni razpad hranil na enostavnejše molekule, da bi črpali svojo energijo. Drugi namen je zaznati kisik kot odpadni produkt fotosinteze. Tretjina jih je poskušala prikazati proizvodnjo kompleksnih organskih molekul iz preprostejših podenot, kar se dogaja tudi med fotosintezo. Zdi se, da so vsi trije poskusi dali pozitivne rezultate, vendar mnogi raziskovalci verjamejo, da je mogoče podrobne ugotovitve razložiti brez biologije, s kemičnimi oksidanti v tleh.
Nekateri rezultati Vikinga ostajajo sporni do danes. Takrat so mnogi raziskovalci menili, da odkritje organskih materialov v marsovskih tleh izključuje biološko razlago rezultatov presnove. Novejša ugotovitev, da marsovska tla dejansko vsebujejo organske molekule, ki bi jih lahko uničili perklorati med analizo Vikinga in da je bila tekoča voda nekoč na površju Marsa nova, verjetnost trditvi, da je Viking morda dejansko uspel odkriti življenje. Vendar sami rezultati vikingov niso dokazali, da življenje obstaja na Marsu, niti ga ne izključujejo.
Presnovne aktivnosti v življenju lahko pustijo svoj pečat tudi na sestavi planetarnih atmosfer. Leta 2003 je evropsko vesoljsko plovilo Mars Express odkrilo sledi metana v marsovskem ozračju. Decembra 2014 je skupina znanstvenikov NASE poročala, da je rover Curiosity Mars to ugotovitev potrdil z zaznanim atmosferskim metanom s površine Marsov.
Večino metana v Zemljini atmosferi sproščajo živi organizmi ali njihovi ostanki. Podzemni bakterijski ekosistemi, ki uporabljajo kemosintezo kot vir energije, so običajni in proizvajajo metan kot presnovni odpadni produkt. Na žalost obstajajo tudi nebiološki geokemični procesi, ki lahko proizvajajo metan. Torej, marsovski metan je kot znak življenja frustrirano dvoumen.
Eksosolarni planeti, ki krožijo okoli drugih zvezd, so v bližnji prihodnosti daleč oddaljeni za obisk s vesoljskimi plovili. Astrobiologi še vedno upajo, da bodo uporabili definicijo Haldane za iskanje življenja na njih. Z vesoljskimi teleskopi v bližnji prihodnosti astronomi upajo, da bodo spoznali sestavo atmosfer teh planetov z analizo spektra svetlobnih valovnih dolžin, ki jih odbijajo ali prenašajo njihove atmosfere. Vesoljski teleskop James Webb, ki bo predvidoma predstavljen leta 2018, bo prvi uporaben v tem projektu. Astrobiologi želijo iskati atmosferske biomarkerje; plini, ki so presnovni odpadni živi organizmi.
Še enkrat to iskanje vodi edini primer življenjsko pomembnega planeta, ki ga trenutno imamo; Zemljo. Približno 21% atmosfere našega domačega planeta predstavlja kisik. To je presenetljivo, saj je kisik zelo reaktiven plin, ki se nagiba k kemičnim kombinacijam z drugimi snovmi. Prosti kisik bi moral hitro izginiti iz našega zraka. Ostaja prisotna, ker izgubo nenehno nadomeščajo rastline in bakterije, ki jo sproščajo kot metabolični odpadni produkt fotosinteze.
V zemljini atmosferi so zaradi hemosintetskih bakterij prisotne sledi metana. Ker se metan in kisik medsebojno odzivata, tudi noben ne bi ostal naokoli, razen če živi organizmi nenehno obnavljajo oskrbo. Zemeljska atmosfera vsebuje tudi sledi drugih plinov, ki so presnovni stranski produkti.
Na splošno živa bitja uporabljajo energijo za vzdrževanje Zemljine atmosfere v stanju, ki je daleč od termodinamičnega ravnovesja, ki bi ga dosegli brez življenja. Astrobiologi bi osumili katerega koli planeta z atmosfero v podobnem stanju, v katerem živi življenje. Kar pa zadeva druge primere, bi bilo težko popolnoma izključiti nebiološke možnosti.
Poleg presnove je NASA-in odbor evolucijo opredelil kot temeljno sposobnost živih bitij. Za razvoj evolucijskega procesa mora obstajati skupina sistemov, v kateri se lahko vsak zanesljivo reproducira. Kljub splošni zanesljivosti reprodukcije morajo obstajati tudi občasne napake pri kopiranju v reproduktivnem procesu, tako da imajo sistemi različne lastnosti. Končno se morajo sistemi razlikovati v sposobnosti preživetja in razmnoževanja na podlagi koristi ali obveznosti njihovih značilnih lastnosti v svojem okolju. Ko se ta proces znova in znova ponavlja z roko v rodu, se bodo lastnosti sistemov bolje prilagodile njihovemu okolju. Zelo zapletene lastnosti se lahko včasih razvijajo po korakih.
Mix je imenoval to Darwinovo življenje definicija, po naravoslovcu Charlesa Darwina iz devetnajstega stoletja, ki je formuliral teorijo evolucije. Tako kot definicija Haldane ima tudi Darwinova življenjska definicija pomembne pomanjkljivosti. Ima težave, vključno z vsem, kar se nam lahko zdi živo. Mule se na primer ne morejo razmnoževati, zato se po tej definiciji ne šteje za žive.
Kljub takim pomanjkljivostim je življenjska definicija Darwina kritična, tako za znanstvenike, ki preučujejo izvor življenja, kot tudi astrobiologe. Sodobna različica Darwinove teorije lahko razloži, kako raznolike in zapletene oblike življenja se lahko razvijejo iz neke začetne preproste oblike. Potrebna je teorija o nastanku življenja, da se razloži, kako je prvotna preprosta oblika pridobila sposobnost evolucije.
Kemični sistemi ali življenjske oblike, ki jih najdemo na drugih planetih ali lunah v našem osončju, so lahko tako preproste, da so blizu meje med življenjem in neživljenjem, ki jo vzpostavlja Darwinova definicija. Ta definicija bi se lahko izkazala za življenjsko pomembno za astrobiologe, ki se trudijo odločiti, ali je kemijski sistem, ki so ga našli, resnična oblika življenjske oblike. Biologi še vedno ne vedo, kako je nastalo življenje. Če lahko astrobiologi najdejo sisteme blizu Darwinove meje, so njihove ugotovitve morda ključnega pomena za razumevanje izvora življenja.
Ali lahko astrobiologi Darwinovo definicijo uporabljajo za iskanje in preučevanje nezemeljskega življenja? Malo je verjetno, da bi gostujoče vesoljsko plovilo lahko zaznalo sam proces evolucije. Toda morda bi lahko zaznali molekularne strukture, ki jih živi organizmi potrebujejo, da bi lahko sodelovali v evolucijskem procesu. Filozof Mark Bedau je predlagal, da bi moral minimalen sistem, ki je zmožen evolucije, imeti tri stvari: 1) kemični metabolični proces, 2) posodo, podobno celični membrani, za določitev meja sistema in 3) kemično "Program", ki lahko usmerja presnovne aktivnosti.
Tu na Zemlji kemijski program temelji na genetski molekuli DNK. Mnogi teoretiki o nastanku življenja menijo, da je bila genetska molekula najzgodnejših kopenskih oblik življenja morda preprostejša molekula ribonukleinske kisline (RNA). Genetski program je pomemben za evolucijski proces, saj omogoča reproduktivni proces kopiranja stabilen, le z občasnimi napakami.
Tako DNK kot RNA sta biopolimera; dolge verižne molekule z mnogimi ponavljajočimi se enotami. Specifično zaporedje nukleotidnih podenot v teh molekulah kodira genetske informacije, ki jih nosijo. Da lahko molekula kodira vsa mogoča zaporedja genetskih informacij, mora biti možno, da se podenote pojavijo v katerem koli zaporedju.
Steven Benner, raziskovalec računske genomike, verjame, da bomo morda lahko razvili eksperimente vesoljskih plovil, s katerimi bomo odkrili tujerodne genetske biopolimere. Opozarja, da sta DNK in RNA zelo nenavadna biopolimera, saj sprememba zaporedja, v katerem se pojavijo njihove podenote, ne spremeni njihovih kemijskih lastnosti. Prav ta nenavadna lastnost omogoča, da so te molekule stabilni nosilci katerega koli možnega zaporedja genetskih kod.
DNA in RNA sta oba polielektrolita; molekule z redno ponavljajočimi se območji negativnega električnega naboja. Benner verjame, da je to razlog za njihovo izjemno stabilnost. Meni, da bi moral biti vsak tujerodni genetski biopolimer tudi polielektrolit in da bi bilo mogoče zasnovati kemične teste, s katerimi bi lahko vesoljsko plovilo zaznalo take molekule polielektrolita. Iskanje tujega kolega DNK je zelo vznemirljiva perspektiva in še en del sestavljanke prepoznavanja tujčevega življenja.
Leta 1996 je predsednik Clinton dramatično naznanil morebitno odkritje življenja na Marsu. Govor Clintonove je motiviral ugotovitve ekipe Davida McKayja z meteoritom Alan Hills. V resnici so se izsledki McKayja izkazali za le en kos večjega uganka možnega marsovskega življenja. Če se tujec nekega dne sprehodi mimo naših čakalnih kamer, vprašanja, ali obstaja nezemeljsko življenje, verjetno ne bomo rešili z enim samim poskusom ali nenadnim dramatičnim prebojem. Filozofi in znanstveniki nimajo ene same zanesljive definicije življenja. Posledično astronomi nimajo niti enega preizkusa, ki bi rešil to težavo. Če na Marsu ali drugje v osončju obstajajo preproste oblike življenja, se zdi, da se bo to dejstvo začelo pojavljati postopno, na podlagi številnih dokazov. V resnici ne bomo vedeli, kaj iščemo, dokler ga ne najdemo.
Reference in nadaljnje branje:
P. Anderson (2011) Ali bi radovednost lahko ugotovila, ali je Viking našel življenje na Marsu ?, vesoljski časopis.
S. K. Atreya, P. R. Mahaffy, A-S. Wong, (2007), Metan in sorodne vrste na sledovih na Marsu: Poreklo, izguba, posledice za življenje in življenjska doba, Planetarne in vesoljske znanosti, 55:358-369.
M. A. Bedau (2010), Aristotelov zapis o minimalni kemični dobi, Astrobiologija, 10(10): 1011-1020.
S. Benner (2010), Določitev življenja, Astrobiologija, 10(10):1021-1030.
E. Machery (2012), Zakaj sem nehala skrbeti za definicijo življenja ... in zakaj bi tudi vi, Sinteza, 185:145-164.
G. M. Marion, C. H. Fritsen, H. Eicken, M. C. Payne, (2003) Iskanje življenja na Evropi: Omejevanje okoljskih dejavnikov, potencialnih habitatov in zemeljskih analogov. Astrobiologija 3(4):785-811.
L. J. Mix (2015), Zagovarjanje definicij življenja, Astrobiologija, 15 (1) objavljena na spletu pred objavo.
P. E. Patton (2014) Lune zmede: Zakaj najti nezemeljsko življenje je morda težje, kot smo mislili, vesoljski časopis.
T. Reyes (2014) Nasin Radovedni Rover odkriva metan, organske snovi na Marsu, vesoljski časopis.
S. Seeger, M. Schrenk in W. Bains (2012), astrofizični pogled na zemeljske pline z biosignacijo. Astrobiologija, 12(1): 61-82.
S. Tirard, M. Morange in A. Lazcano, (2010), Definicija življenja: Kratka zgodovina nedostopnega znanstvenega prizadevanja, Astrobiologija, 10(10):1003-1009.
C. Webster in številni drugi člani znanstvene skupine MSL, (2014) Mars zaznavanje metana in spremenljivost meta v kraterju Gale, Znanost, Znanost izraža zgodnje vsebine.
Ali so posestniki Viking Mars našli gradnike? Manjkajoči kos navdihne nov pogled na sestavljanko. Science Daily Featured Research 5. septembra 2010
NASA rover najde aktivno in starodavno organsko kemijo na Marsu, laboratorij Jet Propulsion, Kalifornijski tehnološki inštitut, News, 16. decembra 2014.
