У филму „Аватар“ могли бисмо на први поглед рећи да је ванземаљски месец Пандора препун ванземаљског живота. У једном граму земље постоји 50 милиона бактеријских организама, а светска бактеријска биомаса прелази ону од свих биљака и животиња. Микроби могу расти у екстремним окружењима температуре, сланости, киселости, зрачења и притиска. Највјероватнији облик у којем ћемо сусрести живот другдје у нашем сунчевом систему је микробиом.
Астробиолозима су потребне стратегије за закључивање о ванземаљском животу микроба или његовим фосилизованим остацима. Потребне су им стратегије да закључе присуство ванземаљског живота на удаљеним планетама других звезда, које су предалеко да би их истражили са свемирским бродовима у догледној будућности. Да би се то постигло, они чезну за дефиницијом живота, која би омогућила поуздано разликовање живота од неживота.
Нажалост, као што смо видели у првом делу ове серије, упркос огромном расту нашег знања о живим бићима, филозофи и научници нису били у стању да произведу такву дефиницију. Астробиолози се понашају најбоље што могу са делимичним дефиницијама које имају изузетке. Њихова претрага усмерена је на карактеристике живота на Земљи, једини живот који тренутно познајемо.
У првом делу видели смо како састав земаљског живота утиче на потрагу за ванземаљским животом. Астробиолози траже окружења која су некада садржавала или тренутно садрже течну воду и која садрже сложене молекуле на бази угљеника. Међутим, многи научници виде битне карактеристике живота као везе са његовим капацитетима уместо са његовим саставом.
1994. године, НАСА-ин комитет је усвојио дефиницију живота као „самоодрживог хемијског система који је способан за Дарвинову еволуцију“, на основу предлога Царла Сагана. Ова дефиниција садржи две карактеристике, метаболизам и еволуцију, које се обично спомињу у дефиницијама живота.
Метаболизам је скуп хемијских процеса помоћу којих жива бића активно користе енергију за одржавање, раст и развој. Према другом закону термодинамике, систем који не комуницира са спољним окружењем постаће временом више неорганизован и уједначен. Живе ствари граде и одржавају своје невероватно, високо организовано стање, јер користе изворе енергије у свом спољном окружењу да би напајале свој метаболизам.
Биљке и неке бактерије користе енергију сунчеве светлости за производњу већих органских молекула из једноставнијих подјединица. Ови молекули складиште хемијску енергију која се касније може извући другим хемијским реакцијама да би се побољшао њихов метаболизам. Животиње и неке бактерије конзумирају биљке или друге животиње као храну. Они разграђују сложене органске молекуле у својој храни на једноставније, да би извукли складиштену хемијску енергију. Неке бактерије могу користити енергију садржану у хемикалијама добијеним из неживих извора у процесу хемосинтезе.
У чланку из 2014. године у Астробиологија, Луцас Јохн Мик, биолог са Харварда са Харварда, поменуо је метаболичку дефиницију живота као Халдане Лифе после пионирског физиолога Ј. Б. С. Халданеа. Дефиниција Халдане живота има своје проблеме. Торнада и вртлози попут Јупитерове велике Црвене тачке користе еколошку енергију за одржавање своје уредне структуре, али нису живи. Ватра користи енергију из свог окружења за одржавање и раст, али није ни жива.
Упркос његовим недостацима, астробиолози су користили Халдане-ову дефиницију да би осмислили експерименте. Власници Марс са Викинга до сада су једини покушали да се директно тестирају на ванземаљски живот, откривши наводне метаболичке активности марсовских микроба. Претпоставили су да је марсовски метаболизам хемијски сличан његовом земаљском панданту.
Један експеримент је тежио откривању метаболичког распада хранљивих материја у једноставније молекуле да би се из њих извукла енергија. Други је био циљ да открије кисеоник као отпадни производ фотосинтезе. Трећина је покушала да прикаже производњу сложених органских молекула из једноставнијих подјединица, што се такође догађа током фотосинтезе. Сва три експеримента као да су дала позитивне резултате, али многи истраживачи верују да се детаљни налази могу објаснити без биологије хемијским оксидантима у тлу.
Неки од резултата Викинга и дан-данас остају контроверзни. У то време су многи истраживачи сматрали да је неуспех проналаска органских материјала у марсовском тлу искључио биолошку интерпретацију резултата метаболизма. Новија открића да марсовско тло заправо садржи органске молекуле које су могле да униште перхлорати током анализе Викинга, и да је течна вода некада била у изобиљу на површини Марса, пружа нову верност тврдњи да је Викинг можда успео да открије живот. Међутим, сами по себи, резултати викинга нису доказали да живот постоји на Марсу, нити га искључују.
Метаболичке активности живота такође могу оставити свој траг на саставу планетарних атмосфера. 2003. године, свемирска летјелица Марс Марс Екпресс открила је трагове метана у марсовској атмосфери. У децембру 2014. године, тим НАСА-иних научника известио је да је ровер Цуриосити Марс потврдио ово откриће откривеним атмосферским метаном са површине Марсовца.
Већина метана у Земљиној атмосфери ослобађају се живи организми или њихови остаци. Подземни бактеријски екосистеми који користе хемосинтезу као извор енергије су уобичајени и они производе метан као метаболички отпадни продукт. Нажалост, постоје и небиолошки геохемијски процеси који могу произвести метан. Дакле, још једном, марсовски метан је фрустрирајуће двосмислен као знак живота.
Ексосоларне планете у орбити око других звезда су у далекој будућности далеке за посету свемирским летелицама. Астробиолози се и даље надају да ће употријебити Халдане дефиницију за тражење живота на њима. Са блиским свемирским телескопима, астрономи се надају да ће научити састав атмосфере ових планета, анализирајући спектар светлосних таласних дужина које се одбијају или преносе њихове атмосфере. Јамес Вебб свемирски телескоп заказан за лансирање 2018. године, биће први који ће бити користан у овом пројекту. Астробиолози желе да претраже атмосферске биомаркере; гасови који су метаболички отпадни производи живих организама.
Још једном, ову потрагу води једини пример планете која носи живот; Земља. Око 21% атмосфере наше матичне планете представља кисеоник. То је изненађујуће јер је кисеоник високо реактиван гас који има тенденцију да улази у хемијске комбинације са другим супстанцама. Слободни кисеоник треба брзо да нестане из нашег ваздуха. Остаје присутан јер губитак непрестано надокнађују биљке и бактерије које га ослобађају као метаболички отпадни производ фотосинтезе.
Трагови метана присутни су у Земљиној атмосфери због хемосинтетских бактерија. Будући да метан и кисеоник реагирају једни са другима, нити један неће дуго остати овде, осим ако живи организми не би стално обнављали снабдевање. Земљина атмосфера такође садржи трагове других гасова који су метаболички нуспродукти.
Уопште, жива бића користе енергију за одржавање атмосфере Земље у стању далеко од термодинамичке равнотеже коју би она постигла без живота. Астробиолози би посумњали да било која планета са атмосфером има слично стање у којем живи. Али, што се тиче осталих случајева, било би тешко потпуно искључити небиолошке могућности.
Поред метаболизма, НАСА-ин комитет је идентификовао еволуцију као основну способност живих бића. Да би се догодио еволутивни процес, мора постојати група система у којима је сваки од њих способан да се поуздано репродукује. Упркос општој поузданости репродукције, морају се појавити и случајне грешке у копирању у репродуктивном процесу тако да системи имају различите карактеристике. Коначно, системи се морају разликовати у својој способности да преживе и размножавају се на основу користи или обавеза њихових карактеристичних својстава у свом окружењу. Када се овај процес изнова и изнова понавља генерацијама, особине система ће се боље прилагодити њиховом окружењу. Врло сложене особине могу се понекад развијати корак по корак.
Мик је ово назвао Дарвин живот дефиниција, након природословца Цхарлеса Дарвина из деветнаестог века, који је формулисао теорију еволуције. Попут Халданеове дефиниције, и Дарвинова животна дефиниција има важне недостатке. Има проблема укључујући све што бисмо могли помислити као живо. Муле, на пример, не могу да се репродукују, па се према овој дефиницији не рачунају као живе.
Упркос таквим недостацима, Дарвинова животна дефиниција је од пресудне важности, како за научнике који проучавају порекло живота, тако и астробиологе. Савремена верзија Дарвинове теорије може објаснити како разнолики и сложени облици живота могу да се развију из неке почетне једноставне форме. Теорија о пореклу живота потребна је да се објасни како је иницијални једноставан облик стекао способност да се еволуира.
Хемијски системи или животни облици који се налазе на другим планетима или месецима у нашем Сунчевом систему могу бити толико једноставни да су близу границе између живота и неживота коју утврђује Дарвинова дефиниција. Та би се дефиниција могла показати од виталне важности за астробиологе који покушавају да одлуче да ли је хемијски систем који су пронашли заиста квалификован као облик живота. Биолози још увек не знају како је настао живот. Ако астробиолози могу пронаћи системе у близини Дарвинове границе, њихови налази могу бити од пресудног значаја за разумевање порекла живота.
Могу ли астробиолози користити Дарвинову дефиницију за проналажење и проучавање изванземаљског живота? Мало је вероватно да би гостујући свемирски брод могао да открије сам процес еволуције. Али, можда ће бити у стању да открије молекуларне структуре које су живим организмима потребне да би учествовале у еволуционом процесу. Филозоф Марк Бедау предложио је да би минималан систем способан да прође кроз еволуцију морао да има три ствари: 1) хемијски метаболички процес, 2) контејнер, попут ћелијске мембране, да се успоставе границе система, и 3) хемијски „Програм“ који може усмјерити метаболичке активности.
Овде на Земљи, хемијски програм заснован је на генетском молекулу ДНК. Многи теоретичари порекла живота мисле да би генетски молекул најранијих облика земаљског живота могао бити једноставнији молекул рибонуклеинске киселине (РНА). Генетски програм важан је за еволуцијски процес јер процес репродуктивног копирања чини стабилним, са само повременим грешкама.
И ДНК и РНА су биополимери; дуги ланчани молекули са много понављајућих подјединица. Специфична секвенца нуклеотидних подјединица у овим молекулама кодира генетске информације које носе. Да би молекул могао да кодира све могуће секвенце генетских информација, мора постојати подјединица било којим редоследом.
Стивен Беннер, истраживач рачунске геномике, верује да ћемо можда успети да развијемо експерименте свемирских летелица да бисмо открили ванземаљске генетске биополимере. Он напомиње да су ДНК и РНА веома необични биополимери јер промена секвенце у којој се јављају њихове подјединице не мења њихова хемијска својства. То необично својство омогућава овим молекулима да буду стабилни носиоци било којег могућег низа генетског кода.
ДНК и РНА су оба полиелектролита; молекули са редовно понављајућим подручјима негативног електричног набоја. Беннер верује да је то разлог њихове изванредне стабилности. Сматра да би било који ванземаљски генетски биополимер такође требао бити полиелектролит и да би се могли осмислити хемијски тестови помоћу којих би свемирски брод могао открити такве молекуле полиелектролита. Проналажење ванземаљског колеге ДНК веома је узбудљива перспектива и још један део слагалице идентификације ванземаљског живота.
Председник Клинтон је 1996. године драматично најавио могуће откриће живота на Марсу. Говор Цлинтонове мотивисан је налазима тима Давида МцКаија са метеоритом Алан Хиллс. У ствари, показало се да је МцКаи налаз само један део веће загонетке могућег марсовског живота. Ако ванземаљац једног дана не прође поред наших камера чекања, питање да ли постоји или не постоји ванземаљски живот мало је вероватно решити једним експериментом или наглим драматичним пробојем. Филозофи и научници немају јединствену дефиницију живота. Сходно томе, астрономи немају нити један тест сигурне ватре који би решио проблем. Ако на Марсу или негде другде у Сунчевом систему постоје једноставни облици живота, сада се чини вероватно да ће се та чињеница појавити постепено, на основу многих доказа који се конвергирају. Нећемо стварно знати шта тражимо док га не нађемо.
Референце и даље читање:
П. Андерсон (2011) Може ли знатижеља утврдити је ли Викинг нашао живот на Марсу ?, Спаце Магазине.
С. К. Атреиа, П. Р. Махаффи, А-С. Вонг, (2007), Метан и сродне врсте у траговима на Марсу: порекло, губитак, последице за живот и станиште, Планетарне и свемирске науке, 55:358-369.
М. А. Бедау (2010), Аристотелов приказ минималног хемијског живота, Астробиологија, 10(10): 1011-1020.
С. Беннер (2010), Дефинисање живота, Астробиологија, 10(10):1021-1030.
Е. Мацхери (2012), зашто сам се престао бринути о дефиницији живота ... и зашто бисте и ви требали, Синтхесе, 185:145-164.
Г. М. Марион, Ц. Х. Фритсен, Х. Еицкен, М. Ц. Паине, (2003) Потрага за животом на Европи: Ограничивање фактора животне средине, потенцијалних станишта и земељских аналога. Астробиологија 3(4):785-811.
Л. Ј. Мик (2015), Одбрана дефиниција живота, Астробиологија, 15 (1) објављени он-лине прије објављивања.
П. Е. Паттон (2014) Мјесеци збрке: Зашто је проналазак изванземаљског живота можда и тежи него што мислимо, Спаце Магазине.
Т. Реиес (2014) НАСА-ин Цуриосити Ровер открива метан, органску енергију на Марсу, свемирски магазин.
С. Сеегер, М. Сцхренк и В. Баинс (2012), Астрофизички приказ гасова са биосигнатуром заснованих на Земљи. Астробиологија, 12(1): 61-82.
С. Тирард, М. Моранге и А. Лазцано, (2010), Дефиниција живота: Кратка историја о неухватљивом научном подухвату, Астробиологија, 10(10):1003-1009.
Ц. Вебстер и бројни други чланови научног тима МСЛ, (2014) Марс откривање метана и променљивост метала у кратеру Гале, Наука, Наука изражава рани садржај.
Да ли су земљаци викиншког Марса пронашли животне блокове? Нестали комад инспирише нови поглед на слагалицу. Сциенце Даили Феатуред Ресеарцх 5. септембра 2010
НАСА ровер пронашао је активну и древну органску хемију на Марсу, лабораторија за млазни погон, Калифорнијски технолошки институт, вести, 16. децембра 2014.
