U filmu "Avatar" mogli bismo na prvi pogled reći da je vanzemaljski mjesec Pandora prepun vanzemaljskog života. U jednom gramu tla postoji 50 milijuna bakterijskih organizama, a svjetska bakterijska biomasa premašuje onu svih biljaka i životinja. Mikrobi mogu rasti u ekstremnim okruženjima temperature, slanosti, kiselosti, zračenja i pritiska. Najvjerojatniji oblik u kojem ćemo susresti život drugdje u našem sunčevom sustavu je mikrobiom.
Astrobiolozi trebaju strategije zaključivanja o postojanju izvanzemaljskog mikrobiološkog života ili njegovih fosiliziranih ostataka. Potrebne su im strategije za zaključivanje izvanzemaljskog života na udaljenim planetima drugih zvijezda, koji su u doglednoj budućnosti predaleko da bi mogli istraživati svemirske letjelice. Da bi se to postiglo, čeznu za definicijom života koja bi omogućila pouzdano razlikovanje života od neživota.
Nažalost, kao što smo vidjeli u prvom dijelu ove serije, usprkos ogromnom rastu našeg znanja o živim bićima, filozofi i znanstvenici nisu bili u mogućnosti dati takvu definiciju. Astrobiolozi se ponašaju najbolje što mogu s djelomičnim definicijama koje imaju iznimke. Njihova pretraga usmjerena je na značajke života na Zemlji, jedini život koji trenutno poznajemo.
U prvom dijelu vidjeli smo kako sastav zemaljskog života utječe na potragu za izvanzemaljskim životom. Astrobiolozi traže okruženja koja su nekada sadržavala ili trenutno sadrže tekuću vodu, a koja sadrže složene molekule na bazi ugljika. Mnogi znanstvenici, međutim, vide bitne karakteristike života kao veze s njegovim kapacitetima umjesto sa sastavom.
Godine 1994. NASA-in odbor usvojio je definiciju života kao "samoodrživog kemijskog sustava sposobnog za darwinijsku evoluciju", na temelju Carl Sagana. Ova definicija sadrži dvije značajke, metabolizam i evoluciju, koje se obično spominju u životnim definicijama.
Metabolizam je skup kemijskih procesa pomoću kojih živa bića aktivno koriste energiju za održavanje, rast i razvoj. Prema drugom zakonu termodinamike, sustav koji ne utječe na vanjsko okruženje vremenom će postati više neorganiziran i ujednačen. Žive stvari grade i održavaju svoje nevjerojatno, visoko organizirano stanje, jer koriste izvore energije u svom vanjskom okruženju kako bi napajale svoj metabolizam.
Biljke i neke bakterije koriste energiju sunčeve svjetlosti za proizvodnju većih organskih molekula iz jednostavnijih podjedinica. Te molekule pohranjuju kemijsku energiju koja se kasnije može izvući drugim kemijskim reakcijama kako bi se poboljšao njihov metabolizam. Životinje i neke bakterije konzumiraju biljke ili druge životinje kao hranu. Oni razgrađuju složene organske molekule u svojoj hrani na jednostavnije, da bi izvukli pohranjenu kemijsku energiju. Neke bakterije mogu koristiti energiju sadržanu u kemikalijama dobivenim iz neživih izvora u procesu hemosinteze.
U članku iz 2014. u astrobiologijaLucas John Mix, havarvardski evolucijski biolog, naveo je metaboličku definiciju života kao Haldane život nakon pionirskog fiziologa J. B. S. Haldanea. Definicija života Haldane ima svojih problema. Tornada i vrtlozi poput Jupiterove velike Crvene mrlje koriste energiju okoliša za održavanje svoje uredne strukture, ali nisu živi. Vatra koristi energiju iz svog okoliša za održavanje i rast, ali nije ni živa.
Unatoč nedostacima, astrobiolozi su upotrijebili Haldane-ovu definiciju kako bi osmislili eksperimente. Vlasnici vikinškog Marsa pokušali su do sada jedini pokušaj izravnog testiranja izvanzemaljskog života, otkrivanjem navodnih metaboličkih aktivnosti marsovskih mikroba. Pretpostavili su da je marsovski metabolizam kemijski sličan svom zemaljskom pandantu.
Jedan je pokus pokušao otkriti metabolički raspad hranjivih tvari u jednostavnije molekule kako bi se iskoristila njihova energija. Drugi cilj je otkriti kisik kao otpadni produkt fotosinteze. Trećina je pokušala pokazati proizvodnju složenih organskih molekula iz jednostavnijih podjedinica, što se događa i tijekom fotosinteze. Čini se da su sva tri pokusa dala pozitivne rezultate, ali mnogi istraživači vjeruju da se detaljni nalazi mogu objasniti bez biologije kemijskim oksidansima u tlu.
Neki od rezultata vikinga ostaju kontroverzni do danas. U to su vrijeme mnogi istraživači smatrali da je neuspjeh pronalaska organskih materijala u marsovskom tlu isključio biološku interpretaciju rezultata metabolizma. Novije otkriće da marsovsko tlo zapravo sadrži organske molekule koje su mogle biti uništene perkloratima tijekom Vikinške analize, a da je tekuća voda nekada bila u izobilju na površini Marsa, daje novu vjerojatnost tvrdnji da je Viking možda uspio otkriti život. Međutim, sami po sebi, rezultati vikinga nisu dokazali da život postoji na Marsu, niti ga isključuju.
Metaboličke aktivnosti života mogu također ostaviti svoj trag na sastavu planetarnih atmosfera. 2003. godine europska svemirska letjelica Mars Express otkrila je tragove metana u marsovskoj atmosferi. U prosincu 2014., tim NASA-inih znanstvenika izvijestio je da je rover Curiosity Mars potvrdio ovo otkriće otkrivenim atmosferskim metanom s površine Marsa.
Većinu metana u Zemljinoj atmosferi oslobađaju živi organizmi ili njihovi ostaci. Podzemni bakterijski ekosustavi koji koriste kemosintezu kao izvor energije uobičajeni su i stvaraju metan kao metabolički otpadni produkt. Nažalost, postoje i nebiološki geokemijski procesi koji mogu proizvesti metan. Dakle, još jednom, marsovski metan frustrirajuće je dvosmislen kao znak života.
Eksosolarni planeti koji orbitiraju protiv drugih zvijezda daleko su predali za posjet s svemirskim brodovima u doglednoj budućnosti. Astrobiolozi se još uvijek nadaju da će upotrijebiti Haldane definiciju za traženje života na njima. S bliskim svemirskim teleskopima, astronomi se nadaju da će naučiti sastav atmosfere ovih planeta analizom spektra svjetlosnih valnih duljina koje se odražavaju ili prenose njihove atmosfere. James Webb svemirski teleskop predviđen za lansiranje u 2018. godini, bit će prvi koji će biti koristan u ovom projektu. Astrobiolozi žele potražiti atmosferske biomarker; plinovi koji su metabolički otpadni proizvodi živih organizama.
Još jednom, ovu potragu vodi jedini primjer planeta koji donosi život; Zemlja. Otprilike 21% atmosfere našeg domaćeg planeta čini kisik. To je iznenađujuće jer je kisik vrlo reaktivan plin koji ima tendenciju ulaska u kemijske kombinacije s drugim tvarima. Slobodni kisik bi trebao brzo nestati iz našeg zraka. Ostaje prisutan jer gubitak neprestano zamjenjuju biljke i bakterije koje ga oslobađaju kao metabolički otpadni proizvod fotosinteze.
Tragovi metana prisutni su u Zemljinoj atmosferi zbog hemosintetskih bakterija. Budući da metan i kisik reagiraju jedni s drugima, niti jedan neće dugo ostati okolo ako živi organizmi ne bi stalno obnavljali opskrbu. Zemljina atmosfera također sadrži tragove drugih plinova koji su metabolički nusprodukti.
Općenito, živa bića koriste energiju za održavanje atmosfere Zemlje u stanju dalekom od termodinamičke ravnoteže koju bi ona postigla bez života. Astrobiolozi bi sumnjičili bilo koji planet s atmosferom u sličnom stanju u kojem živi. Ali, kao i za ostale slučajeve, bilo bi teško potpuno isključiti nebiološke mogućnosti.
Pored metabolizma, NASA-in odbor identificirao je evoluciju kao temeljnu sposobnost živih bića. Da bi se dogodio evolucijski proces, mora postojati skupina sustava u kojima je svaki od njih sposoban pouzdano se reproducirati. Unatoč općoj pouzdanosti reprodukcije, moraju se povremeno pojaviti i slučajne pogreške kopiranja u reproduktivnom procesu kako bi sustavi imali različita svojstva. Konačno, sustavi se moraju razlikovati u svojoj sposobnosti preživljavanja i reprodukcije na osnovu koristi ili obveza njihovih karakterističnih svojstava u svom okruženju. Kad se ovaj proces iznova i iznova ponavlja generacijama, osobine sustava postat će bolje prilagođene njihovom okruženju. Vrlo složene osobine mogu se ponekad razvijati postupno.
Mix je nazvao ovo Darwinov život definicija, nakon prirodoslovca Charlesa Darwina iz devetnaestog stoljeća, koji je formulirao teoriju evolucije. Poput Haldaneove definicije, Darwinova životna definicija ima važne nedostatke. Ima problema uključujući sve što bismo mogli smatrati živim. Na primjer, mule se ne mogu reproducirati i tako se, prema ovoj definiciji, ne računaju kao žive.
Unatoč takvim nedostacima, Darwinova životna definicija je kritično važna, kako za znanstvenike koji proučavaju podrijetlo života, tako i astrobiologe. Suvremena verzija Darwinove teorije može objasniti kako raznoliki i složeni oblici života mogu evoluirati iz nekog početnog početnog jednostavnog oblika. Teorija o podrijetlu života potrebna je da se objasni kako je prvi jednostavni oblik stekao sposobnost evolucije.
Kemijski sustavi ili životni oblici koji se nalaze na drugim planetima ili mjesečevima u našem Sunčevom sustavu mogu biti toliko jednostavni da su blizu granice između života i neživota koju uspostavlja Darwinova definicija. Ta bi se definicija mogla pokazati vitalnom za astrobiologe koji pokušavaju odlučiti da li se kemijski sustav u kojem su pronašli zaista kvalificira kao životni oblik. Biolozi još uvijek ne znaju kako je nastao život. Ako astrobiolozi mogu pronaći sustave u blizini granice s Darwinom, njihovi nalazi mogu biti od presudnog značaja za razumijevanje podrijetla života.
Mogu li astrobiolozi koristiti Darwinovu definiciju za pronalaženje i proučavanje izvanzemaljskog života? Malo je vjerojatno da bi gostujući svemirski brod mogao otkriti sam proces evolucije. Ali ona bi mogla otkriti molekularne strukture potrebne živim organizmima da bi mogli sudjelovati u evolucijskom procesu. Filozof Mark Bedau predložio je da bi minimalan sustav sposoban za evoluciju trebao imati tri stvari: 1) kemijski metabolički proces, 2) spremnik, poput stanične membrane, da se uspostave granice sustava i 3) kemijski "Program" koji može usmjeriti metaboličke aktivnosti.
Ovdje na Zemlji, kemijski se program temelji na genetskoj molekuli DNA. Mnogi teoretičari porijekla smatraju da bi genetska molekula najranijih oblika zemaljskog života mogla biti jednostavnija molekula ribonukleinske kiseline (RNA). Genetski program važan je za evolucijski proces jer proces reproduktivnog kopiranja čini stabilnim, uz samo povremene pogreške.
I DNK i RNA su biopolimeri; molekule dugih lanaca s mnogo ponavljajućih podjedinica. Specifični niz nukleotidnih podjedinica u ovim molekulama kodira genetske informacije koje nose. Kako bi molekula mogla kodirati sve moguće sekvence genetskih informacija, mora postojati podjedinica bilo kojim redoslijedom.
Steven Benner, istraživač računalne genomike, vjeruje da bismo mogli razviti eksperimente svemirskih letjelica kako bismo otkrili vanzemaljske genetske biopolimere. Napominje da su DNK i RNA vrlo neobični biopolimeri jer promjena slijeda u kojem se događaju njihove podjedinice ne mijenja njihova kemijska svojstva. To neobično svojstvo omogućava tim molekulama da budu stabilni nositelji bilo kojeg mogućeg niza genetskog koda.
DNA i RNA su oba polielektrolita; molekule s redovito ponavljajućim područjima negativnog električnog naboja. Benner vjeruje da je to razlog njihove izuzetne stabilnosti. Smatra da bi bilo koji izvanzemaljski genetski biopolimer također trebao biti polielektrolit i da bi se mogli osmisliti kemijski testovi pomoću kojih bi svemirski brod mogao otkriti takve molekule polielektrolita. Pronalaženje vanzemaljskog kolege DNK vrlo je uzbudljiva perspektiva i još jedan dio slagalice identificiranja izvanzemaljskog života.
Predsjednica Clinton 1996. dramatično je najavila moguće otkriće života na Marsu. Govor Clintona motiviran je nalazima tima Davida McKaya s meteoritom Alan Hills. Zapravo, McKayevi nalazi pokazali su se samo jednim dijelom većoj zagonetki mogućeg marsovskog života. Ako izvanzemaljac jednog dana ne prođe pored naših kamera za čekanje, pitanje postojanja izvanzemaljskog života ne postoji, malo je vjerojatno da će se riješiti jednim eksperimentom ili iznenadnim dramatičnim probojem. Filozofi i znanstvenici nemaju jedinstvenu definiciju života. Astrobiolozi stoga nemaju niti jedan siguran sigurni test koji bi to riješio. Postoje li jednostavni oblici života na Marsu ili negdje drugdje u Sunčevom sustavu, sada se čini da će se ta činjenica pojaviti postupno, na temelju mnogih dokaza koji se približavaju. Nećemo stvarno znati što tražimo dok ga ne nađemo.
Reference i daljnje čitanje:
P. Anderson (2011) Može li znatiželja utvrditi je li Viking pronašao život na Marsu ?, Space Magazine.
S. K. Atreya, P. R. Mahaffy, A-S. Wong (2007), Metan i srodne vrste u tragovima na Marsu: Podrijetlo, gubitak, posljedice za život i stanovanje, Planetarna i svemirska znanost, 55:358-369.
M. A. Bedau (2010), Aristotelov zapis o minimalnom kemijskom vijeku, astrobiologija, 10(10): 1011-1020.
S. Benner (2010), Definiranje života, astrobiologija, 10(10):1021-1030.
E. Machery (2012), Zašto sam se prestala brinuti o definiciji života ... i zašto bi i vi trebali, Svnthese, 185:145-164.
G. M. Marion, C. H. Fritsen, H. Eicken, M. C. Payne, (2003) Potraga za životom na Europi: Ograničivanje okolišnih čimbenika, potencijalnih staništa i zemaljskih analoga. astrobiologija 3(4):785-811.
L. J. Mix (2015), Braniti definicije života, astrobiologija, 15 (1) objavljeni on-line prije objave.
P. E. Patton (2014) Mjeseci zbrke: Zašto je pronalazak izvanzemaljskog života možda i teži nego što mislimo, Space Magazine.
T. Reyes (2014) NASA-in Curiosity Rover otkrio je metan, organsku energiju na Marsu, svemirski magazin.
S. Seeger, M. Schrenk i W. Bains (2012), astrofizički prikaz plinova s biosignaturom utemeljenih na Zemlji. astrobiologija, 12(1): 61-82.
S. Tirard, M. Morange i A. Lazcano, (2010), Definicija života: Kratka povijest neuhvatljivog znanstvenog nastojanja, astrobiologija, 10(10):1003-1009.
C. Webster i brojni drugi članovi znanstvenog tima MSL, (2014) otkrivanje i varijabilnost metana na Marsu u krateru Gale, Znanost, Znanost izražava rane sadržaje.
Jesu li stanovnici vikinškog Marsa pronašli životne blokove? Nestali komad nadahnjuje novi pogled na zagonetku. Znanstveni dnevni pregled predstavljen u istraživanju 5. rujna 2010
NASA rover pronašao je aktivnu i drevnu organsku kemiju na Marsu, laboratoriju za mlazni pogon, Kalifornijskom tehnološkom institutu, Vijesti, 16. prosinca 2014.
