ASTROBIOLOGI: HISTORIE, STUDIEOBJEKT OG VIKTIGHET - BIOLOGI

Den astrobiologi eller exobiology er en gren av biologi som omhandler opprinnelse, utbredelse og dynamikk av livet i sammenheng med både vår planet, som hele universet. Vi kan da si at som en vitenskap astrobiologi er for universet, hva biologi er for planeten Jorden.

På grunn av det brede handlingsspekteret til astrobiologi, konvergerer andre vitenskaper i det som: fysikk, kjemi, astronomi, molekylærbiologi, biofysikk, biokjemi, kosmologi, geologi, matematikk, databehandling, sosiologi, antropologi, arkeologi, blant andre.

Figur 1. Kunstnerisk tolkning av sammenhengen mellom liv og romutforskning. Kilde: NASA / Cheryse Triano

Astrobiologi forestiller livet som et fenomen som kan være "universelt." Den omhandler deres mulige kontekster eller scenarier; dens krav og dens minstevilkår; prosessene som er involvert; dens ekspansive prosesser; blant andre emner. Det er ikke begrenset til intelligent liv, men utforsker alle mulige livstyper.

Astrobiologiens historie

Astrobiologiens historie strekker seg kanskje tilbake til begynnelsen av menneskeheten som en art og dens evne til å stille spørsmål ved seg selv om kosmos og livet på planeten vår. Derfra oppstår de første visjonene og forklaringene som fremdeles er til stede i mytene til mange mennesker i dag.

Den aristoteliske visjonen

Det aristoteliske synet betraktet solen, månen, resten av planetene og stjernene, som perfekte sfærer som gikk i bane rundt oss og gjorde konsentriske sirkler rundt oss.

Denne visjonen utgjorde universets geosentriske modell og var den forestillingen som markerte menneskeheten i løpet av middelalderen. Sannsynligvis kunne ikke ha gitt mening på den tiden, spørsmålet om eksistensen av "innbyggere" utenfor planeten vår.

Den kopernikanske utsikten

I middelalderen foreslo Nicolás Copernicus sin heliosentriske modell, som plasserte jorden som en planet til, og kretset rundt solen.

Denne tilnærmingen påvirket dyptgående måten vi ser på resten av universet og til og med ser på oss selv, siden den satte oss på et sted som kanskje ikke var så "spesielt" som vi hadde trodd. Da er muligheten for eksistensen av andre planeter som ligner vår og, med den, av et annet liv enn den vi kjenner.

Figur 2. Det heliosentriske systemet til Copernicus. Kilde: Public domain, via Wikimedia Commons

Første ideer om utenomjordisk liv

Den franske forfatteren og filosofen, Bernard le Bovier de Fontenelle, på slutten av 1600-tallet foreslo allerede at livet kunne eksistere på andre planeter.

På midten av 1700-tallet skrev mange av lærde knyttet til opplysningstider om utenomjordisk liv. Selv ledende astronomer fra den tiden som Wright, Kant, Lambert og Herschel, antok at planeter, måner og til og med kometer kunne være bebodd.

Slik begynte det nittende århundre med at et flertall akademiske forskere, filosofer og teologer delte troen på eksistensen av utenomjordisk liv på nesten alle planeter. Dette ble ansett som en sunn forutsetning på den tiden, basert på en økende vitenskapelig forståelse av kosmos.

De overveldende forskjellene mellom himmellegemene i solsystemet (angående deres kjemiske sammensetning, atmosfære, tyngdekraft, lys og varme) ble ignorert.

Etter hvert som kraften til teleskoper økte og med ankomsten av spektroskopi, var astronomer i stand til å begynne å forstå kjemien til nærliggende planetariske atmosfærer. Dermed kunne det utelukkes at planeter i nærheten ble bebodd av organismer som ligner jordiske.

Studieobjekt for astrobiologi

Astrobiologi fokuserer på studiet av følgende grunnleggende spørsmål:

Hva er livet?
Hvordan oppsto livet på jorden?
Hvordan utvikler og utvikler livet seg?
Er det liv andre steder i universet?
Hva er fremtiden for livet på jorden og andre steder i universet, hvis det eksisterer?

Mange andre spørsmål stammer fra disse spørsmålene, alle relatert til gjenstanden for å studere astrobiologi.

Mars som modell for studier og romutforskning

Den røde planeten Mars har vært den siste bastionen av hypoteser om utenomjordisk liv i solsystemet. Ideen om livets eksistens på denne planeten kom opprinnelig fra observasjoner gjort av astronomer på slutten av det 19. og begynnelsen av det 20. århundre.

De hevdet at merkene på Marsoverflaten faktisk var kanaler bygget av en populasjon av intelligente organismer. Disse mønstrene anses nå for å være vindens produkt.

Oppdragene

Mariner-romprobene eksemplifiserer romalderen som begynte på slutten av 1950-tallet. Denne epoken gjorde det mulig å direkte visualisere og undersøke planet- og måneflatene i solsystemet; og utelukker dermed påstandene om flercellede og lett gjenkjennelige utenomjordiske livsformer i solsystemet.

I 1964 sendte NASAs Mariner 4-oppdrag de første nærbildene av Marsoverflaten, og viste en i utgangspunktet ørkenplanet.

Etterfølgende oppdrag til Mars og de ytre planetene tillot imidlertid en detaljert oversikt over disse kroppene og månene deres, og spesielt for Mars, en delvis forståelse av deres tidlige historie.

I forskjellige utenomjordiske omgivelser fant forskerne miljøer som ikke var veldig forskjellige fra bebodde miljøer på jorden.

Den viktigste konklusjonen av disse første romoppdragene var å erstatte spekulative antagelser med kjemisk og biologisk bevis, noe som gjør det mulig å studere og analysere det objektivt.

Er det liv på Mars? Oppdraget

I første omgang støtter resultatene fra Mariner-oppdragene hypotesen om ikke-eksistensen av liv på Mars. Vi må imidlertid vurdere at det ble søkt om makroskopisk liv. Etterfølgende oppdrag har gitt tvil om fraværet av mikroskopisk liv.

Figur 3. Orbital og terrestrisk sonde av Viking-oppdraget. Kilde: Don Davis, via Wikimedia Commons

For eksempel, av de tre eksperimentene som ble utviklet for å oppdage liv utført av Viking-oppdragets bakkesonde, var to positive og en negative.

Til tross for dette er de fleste forskere som er involvert i Viking-sondeeksperimentene enige om at det ikke er bevis på bakterieliv på Mars og resultatene er offisielt uoverensstemmende.

Figur 4. Landingssonde (Lander) av Viking-oppdraget. Kilde: NASA / JPL-Caltech / University of Arizona, via Wikimedia Commons

oppdrag

Etter de kontroversielle resultatene fra Viking-oppdragene, lanserte European Space Agency (ESA) Mars Express-oppdraget i 2003, spesielt designet for eksobiologiske og geokjemiske studier.

Dette oppdraget omfattet en sonde kalt Beagle 2 (homonymt med skipet der Charles Darwin reiste), designet for å søke etter livstegn på den grunne overflaten av Mars.

Denne sonden mistet dessverre kontakten med jorden og kunne ikke utføre oppdraget sitt tilfredsstillende. Tilsvarende skjebne hadde NASA-sonden "Mars Polar Lander" i 1999.

Oppdrag

Etter disse mislykkede forsøkene, i mai 2008, nådde NASAs Phoenix-oppdrag Mars, og oppnådde ekstraordinære resultater på bare 5 måneder. Hans viktigste forskningsmål var eksobiologisk, klimatisk og geologisk.

Denne sonden kunne demonstrere eksistensen av:

Snø i atmosfæren til Mars.
Vann i form av is under de øvre lagene på denne planeten.
Grunnjord med en pH mellom 8 og 9 (minst i området nær nedstigningen).
Flytende vann på overflaten av Mars i fortiden

Utforskningen av Mars fortsetter

Utforskningen av Mars fortsetter i dag, med høyteknologiske robotinstrumenter. Rovers-oppdragene (MER-A og MER-B) har gitt imponerende bevis på at det var vannaktivitet på Mars.

For eksempel er det funnet bevis på ferskvann, kokende kilder, en tett atmosfære og en aktiv vannsyklus.

Figur 5. Tegning av Rover MER-B (mulighet) på overflaten av Mars. Kilde: NASA / JPL / Cornell University, Maas Digital LLC, via Wikimedia Commons

På Mars er det oppnådd bevis for at noen bergarter har blitt støpt i nærvær av flytende vann, for eksempel Jarosite, oppdaget av MER-B (Opportunity) Rover, som var aktiv fra 2004 til 2018.

Rover MER-A (Curiosity) har målt sesongsvingninger i metan, som alltid har vært relatert til biologisk aktivitet (data publisert i 2018 i tidsskriftet Science). Han har også funnet organiske molekyler som tiofen, benzen, toluen, propan og butan.

Figur 6. Sesongens svingning av metanivåer på Mars, målt av Rover MER-A (Curiosity). Kilde: NASA / JPL-Caltech

Det var vann på Mars

Selv om overflaten til Mars for øyeblikket er ugjestmildt, er det klare bevis på at i den fjerne fortiden, lot Mars-klimaet flytende vann, en essensiell ingrediens for livet slik vi kjenner det, samle seg på overflaten.

Data fra Rover MER-A (Curiosity) avslører at for en milliard år siden, en innsjø i Gale-krateret inneholdt alle ingrediensene som var nødvendige for livet, inkludert kjemiske komponenter og energikilder.

Martiske meteoritter

Noen forskere anser Martian-meteoritter som gode informasjonskilder om planeten, og antyder til og med at det er naturlige organiske molekyler og til og med mikrofossiler av bakterier. Disse tilnærmingene er gjenstand for vitenskapelig debatt.

Figur 7. Mikroskopisk riss av den indre strukturen i ALH84001-meteoritten, og viser strukturer som ligner på baciller. Kilde: NASA, via Wikimedia Commons

Disse meteorittene fra Mars er svært sjeldne og representerer de eneste direkte analyserbare prøvene av den røde planeten.

Panspermia, meteoritter og kometer

En av hypotesene som favoriserer studiet av meteoritter (og også kometer), har blitt kalt panspermia. Dette består av antakelsen om at koloniseringen av jorden tidligere skjedde, av mikroorganismer som kom inn i disse meteorittene.

I dag er det også hypoteser som tyder på at terrestrisk vann kom fra kometer som bombarderte planeten vår i fortiden. I tillegg antas det at disse kometene kan ha ført med seg primale molekyler, noe som tillot utvikling av livet eller til og med allerede utviklet liv lagt inn i dem.

Nylig, i september 2017, fullførte European Space Agency (ESA) Rosseta-oppdraget, som ble lansert i 2004, med suksess. Dette oppdraget besto av utforskningen av kometen 67P / Churyumov-Gerasimenko med Philae-sonden som nådde og gikk i bane rundt den, for å deretter ned. Resultatene fra dette oppdraget er fortsatt under utredning.

Betydningen av astrobiologi

Fermis paradoks

Det kan sies at det originale spørsmålet som motiverer studiet av Aastrobiology er: Er vi alene i universet?

Bare i Melkeveien er det hundrevis av milliarder stjernesystemer. Dette faktum, sammen med universets tidsalder, antyder at liv bør være et vanlig fenomen i galaksen vår.

Rundt dette emnet er spørsmålet som er stilt av den nobelprisvinnende fysikeren Enrico Fermi, kjent: "Hvor er alle?", Som han stilte i forbindelse med en lunsj, hvor det faktum at galaksen skulle være full ble diskutert av livet.

Spørsmålet endte opp med å føre til paradokset som bærer navnet hans og som er uttalt på følgende måte:

SETI-programmet og søken etter utenomjordisk intelligens

Et mulig svar på Fermi-paradokset kan være at sivilisasjonene vi tenker på faktisk er der, men vi har ikke sett etter dem.

I 1960 startet Frank Drake sammen med andre astronomer et Search for Extraterrestrial Intelligence (SETI) -program.

Dette programmet har gjort en felles innsats med NASA i jakten på tegn til utenomjordisk liv, for eksempel radio- og mikrobølgesignaler. Spørsmålene om hvordan og hvor du skal se etter disse signalene har ført til store fremskritt i mange vitenskapsgrener.

Figur 8. Radioteleskop brukt av SETI i Arecibo, Puerto Rico. Kilde: JidoBG, fra Wikimedia Commons

I 1993 kansellerte den amerikanske kongressen finansiering til NASA for dette formålet, som et resultat av misoppfatninger om betydningen av hva søket innebærer. I dag er SETI-prosjektet finansiert med private midler.

SETI-prosjektet har til og med gytret Hollywood-filmer, som Contact, med skuespillerinnen Jodie Foster i hovedrollen og inspirert av romanen med samme navn skrevet av den verdensberømte astronomen Carl Sagan.

Drakes ligning

Frank Drake har estimert antall sivilisasjoner med kommunikasjonsevner, ved å bruke uttrykket som bærer navnet hans:

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

Hvor N representerer antall sivilisasjoner med evnen til å kommunisere med jorden og uttrykkes som en funksjon av andre variabler som:

R *: hastigheten på dannelsen av stjerner som ligner vår sol
f _p : brøkdelen av disse stjernesystemene med planeter
n _e : antall jordlignende planeter per planetarisk system
f _l : brøkdelen av disse planetene der livet utvikler seg
f _i : brøkdelen som intelligens oppstår i
f _c : brøkdelen av kommunikasjonsmessige planeter
L: forventet levetid for disse sivilisasjonene.

Drake formulerte denne ligningen som et verktøy for å "størrelse" problemet, snarere enn som et element for å lage konkrete estimater, siden mange av begrepene er ekstremt vanskelige å estimere. Det er imidlertid enighet om at antallet det pleier å kaste er stort.

Nye scenarier

Vi må merke oss at da Drake-ligningen ble formulert, var det veldig lite bevis på planeter og måner utenfor solsystemet vårt (eksoplaneter). Det var på 1990-tallet at de første bevisene for eksoplaneter dukket opp.

Figur 9. Kepler-teleskop. Kilde: NASA, via Wikimedia Commons

For eksempel oppdaget NASAs Kepler-oppdrag 3.538 eksoplanettkandidater, hvorav minst 1 000 anses å være i den "beboelige sonen" i det aktuelle systemet (avstand som gjør det mulig å eksistere flytende vann).

Astrobiologi og utforskningen av jordens ender

En av fordelene ved astrobiologi er at den i stor grad har inspirert ønsket om å utforske vår egen planet. Dette med håp om å forstå livets drift i andre omgivelser analogt.

For eksempel har studiet av hydrotermiske ventilasjonsåpninger på havbunnen tillatt oss for første gang å observere liv som ikke er assosiert med fotosyntesen. Det vil si at disse studiene viste oss at det kan være systemer der livet ikke er avhengig av sollys, som alltid hadde vært ansett som et uunnværlig krav.

Dette gjør at vi kan anta mulige scenarier for livet på planeter der flytende vann kan bli funnet, men under tykke islag, noe som vil forhindre at lys kommer til organismer.

Et annet eksempel er studiet av de tørre dalene i Antarktis. Der har de fått fotosyntetiske bakterier som overlever skjermet inne i bergarter (endolytiske bakterier).

I dette tilfellet tjener berget både som støtte og som en beskyttelse mot stedets ugunstige forhold. Denne strategien er også blitt påvist i saltleiligheter og varme kilder.

Figur 10. McMurdo Dry Valleys i Antarktis, et av stedene på jorden som ligner mest på Mars. Kilde: USAs utenriksdepartement fra USA, via Wikimedia Commons

Astrobiologiske perspektiver

Det vitenskapelige søket etter utenomjordisk liv har hittil vært mislykket. Men det blir mer sofistikert ettersom astrobiologisk forskning gir ny innsikt. Det neste tiåret med astrobiologisk utforskning vil se:

Større innsats for å utforske Mars og de iskalde månene til Jupiter og Saturn.
En enestående evne til å observere og analysere ekstrasolare planeter.
Større potensiale for å designe og studere enklere livsformer i laboratoriet.

Alle disse fremskrittene vil utvilsomt øke vår sannsynlighet for å finne liv på jordlignende planeter. Men kanskje eksisterer ikke utenomjordisk liv eller er så spredt over hele galaksen at vi nesten ikke har noen sjanse til å finne det.

Selv om det siste scenariet er sant, utvider forskning i astrobiologi i økende grad perspektivet vårt på livet på jorden og dets plass i universet.

referanser

Chela-Flores, J. (1985). Evolusjon som et kollektivt fenomen. Journal of Theoretical Biology, 117 (1), 107-118. doi: 10.1016 / s0022-5193 (85) 80166-1
Eigenbrode, JL, Summons, RE, Steele, A., Freissinet, C., Millan, M., Navarro-González, R., … Coll, P. (2018). Organisk materiale som er bevart i 3 milliarder år gamle gjørmsteiner ved Gale-krateret, Mars. Science, 360 (6393), 1096-1101. doi: 10.1126 / science.aas9185
Goldman, AD (2015). Astrobiologi: en oversikt. I: Kolb, Vera (red.). ASTROBIOLOGY: An Evolutionary Approach CRC Press
Goordial, J., Davila, A., Lacelle, D., Pollard, W., Marinova, MM, Greer, CW,… Whyte, LG (2016). Nærmer seg de kaldtørre grensene for mikrobielt liv i permafrosten i en øvre tørre dal, Antarktis. ISME Journal, 10 (7), 1613–1624. doi: 10.1038 / ismej.2015.239
Krasnopolsky, VA (2006). Noen problemer relatert til opprinnelsen til metan på Mars. Icarus, 180 (2), 359–367. doi: 10.1016 / j.icarus.2005.10.015
LEVIN, GV, & STRAAT, PA (1976). Viking Labeled Release Biology Experiment: Interim Results. Science, 194 (4271), 1322-1329. doi: 10.1126 / science.194.4271.1322
Ten Kate, IL (2018). Organiske molekyler på Mars. 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). Bakgrunnsnivåer av metan i Mars 'atmosfære viser sterke sesongvariasjoner. 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). Mars vann-skyer og nedbør. Science, 325 (5936), 68-70. doi: 10.1126 / science.1172344

ASTROBIOLOGI: HISTORIE, STUDIEOBJEKT OG VIKTIGHET - BIOLOGI - 2026