Az „Avatár” című filmben egy pillanat alatt elmondhattuk, hogy az idegen hold Pandora idegen élettel teli. 50 millió baktériumorganizmus található egy grammban a talajban, és a baktériumok világszerte meghaladja az összes növény és állat biomasszáját. A mikrobák szélsőséges hőmérsékleti, sós, savasság, sugárzási és nyomásos körülmények között is növekedhetnek. A legvalószínűbb forma, amellyel a Naprendszerünkben máshol találkozunk, mikrobiális.
Az asztrobiológusoknak stratégiákra van szükségük az idegen mikrobiális élet vagy annak megmaradt maradványainak következtetésére. Stratégiákra van szükségük az idegen élet jelenlétének következtetésére más csillagok távoli bolygóin, amelyek túlságosan távol vannak az űrhajókkal való belátáshoz a belátható jövőben. Ezen dolgok elvégzéséhez az élet meghatározására vágynak, amely lehetővé tenné az élet megbízható megkülönböztetését a nem életétől.
Sajnos, amint láttuk a sorozat első részében, az élőlényekkel kapcsolatos tudásunk óriási növekedése ellenére, a filozófusok és a tudósok nem tudtak ilyen definíciót kidolgozni. Az asztrobiológusok a lehető legjobban jutnak el részleges meghatározásokkal, és kivételekkel. Kutatásukat a földi élet sajátosságaira összpontosítják, amely az egyetlen élet, amelyet jelenleg ismerünk.
Az első részletben láthattuk, hogy a földi élet összetétele hogyan befolyásolja a földön kívüli élet keresését. Az asztrobiológusok olyan környezeteket keresnek, amelyek valaha folyékony vizet tartalmaztak vagy tartalmaznak, és amelyek szén alapú komplex molekulákat tartalmaznak. Sok tudós azonban úgy véli, hogy az élet lényeges jellemzői inkább képességeikhez, nem pedig összetételéhez kapcsolódnak.
1994-ben a NASA bizottsága Carl Sagan javaslata alapján elfogadta az élet definícióját, mint „a darwini evolúcióra képes önfenntartó kémiai rendszert”. Ez a meghatározás két olyan tulajdonságot tartalmaz, az anyagcserét és az evolúciót, amelyeket általában az élet meghatározásai tartalmaznak.
A metabolizmus azon kémiai folyamatok halmaza, amelyek révén az élőlények aktívan felhasználják az energiát önmaguk fenntartásához, növekedéséhez és fejlődéséhez. A termodinamika második törvénye szerint egy olyan rendszer, amely nem lép kölcsönhatásba a külső környezetével, idővel rendezetlenebbé és egységesebbé válik. Az élő dolgok felépítik és fenntartják valószínűtlen, rendkívül szervezett állapotukat, mivel külső energiakörnyezetükhöz használják az anyagcserét.
A növények és egyes baktériumok a napfény energiáját felhasználják nagyobb szerves molekulák előállítására az egyszerűbb alegységekből. Ezek a molekulák kémiai energiát tárolnak, amelyet később más kémiai reakciók útján extrahálhatnak az anyagcseréjük fokozására. Az állatok és egyes baktériumok növényeket vagy más állatokat fogyasztanak táplálékként. Elbontják az ételekben levő komplex szerves molekulákat egyszerűbbé, hogy kinyerjék tárolt kémiai energiájukat. Egyes baktériumok felhasználhatják a nem élő forrásokból származó vegyi anyagokban lévő energiát a kemoszintézis folyamatában.
A 2014-es cikkben Asztrobiológia, Lucas John Mix, a harvardi evolúciós biológus, az élet metabolikus definíciójára utalt Haldane élet az úttörő élettani orvos, J. B. S. Haldane. A haldanai életmeghatározásnak vannak problémái. A tornádók és az örvények, mint például a Jupiter Great Red Spot, környezeti energiát használnak, hogy fenntartják rendezett szerkezetüket, de nem élnek. A tűz a környezetéből származó energiát fenntartja és növekszik, de az sem él.
Hiányosságai ellenére az asztrobiológusok Haldane meghatározását használják kísérletek kidolgozására. A Viking Mars leszállói eddig az egyetlen kísérletet tették a földönkívüli élet közvetlen tesztelésére, feltárva a marsi mikrobák feltételezett anyagcsere-aktivitását. Azt feltételezték, hogy a marsi anyagcsere kémiailag hasonló a földi megfelelőjéhez.
Az egyik kísérlet célja a tápanyagok anyagcseréjének egyszerűbb molekulákra történő lebontása az energia kinyerésére. A második célja az oxigén, mint fotoszintézis hulladéktermékének kimutatása volt. Harmadikuk megkísérelte bemutatni az összetett szerves molekulák előállítását az egyszerűbb alegységekből, ami szintén a fotoszintézis során fordul elő. Úgy tűnt, hogy mindhárom kísérlet pozitív eredményeket ad, ám sok kutató úgy véli, hogy a részletes eredmények biológia nélkül megmagyarázhatók a talajban lévő kémiai oxidálószerekkel.
A Viking eredményeinek némelyike ellentmondásos marad a mai napig. Abban az időben sok kutató úgy érezte, hogy a marsi talajban a szerves anyagok megtalálásának hiánya kizárta az anyagcsere eredményeinek biológiai értelmezését. Az a legfrissebb megállapítás, miszerint a marsi talaj valóban tartalmaz olyan szerves molekulákat, amelyeket a perklorátok elpusztítottak a Viking-elemzés során, és hogy a folyékony víz valaha is bőséges volt a Mars felszínén, új hitelességet kölcsönöz annak az állításnak, miszerint a Vikingnek valóban sikerült kimutatnia élet. A Viking eredményei önmagukban nem bizonyították, hogy az élet létezik a Marson, és nem zárják ki.
Az élet metabolikus tevékenységei nyomot is hagyhatnak a bolygó atmoszférájának összetételében. 2003-ban az Európai Mars Express űrhajó metánnyomokat fedezett fel a marsi légkörben. 2014 decemberében egy NASA tudósok egy csoportja arról számolt be, hogy a Curiosity Mars rover megerősítette ezt a megállapítást a Mars felszínéről detektált légköri metán segítségével.
A Föld légkörében található metán nagy részét élő szervezetek vagy maradványaik bocsátják ki. A föld alatti baktérium-ökoszisztémák, amelyek energiahordozóként a kemoszintézist használják, gyakoriak, és metabolit hulladékként metánt termelnek. Sajnos vannak olyan nem biológiai geokémiai folyamatok is, amelyek metánt termelhetnek. Tehát ismét a marsi metán frusztrálóan egyértelmű, mint az élet jele.
Más csillagokat keringő extraszoláris bolygók túlságosan távol vannak ahhoz, hogy az belátható jövőben űrhajókkal meglátogathassák őket. Az asztrobiológusok továbbra is remélik, hogy a haldaniai meghatározást használják az életük megkeresésére. A közeljövőben az űrtávcsövekkel a csillagászok azt remélik, hogy megismerik ezen bolygók légkörének összetételét a légkörük által visszavert vagy továbbított fényhullámhossz-spektrum elemzésével. A James Webb űrtelencséje, amelyet 2018-ban terveznek elindítani, lesz elsőként hasznos ebben a projektben. Az asztrobiológusok légköri biomarkereket akarnak keresni; gázok, amelyek az élő szervezetek anyagcsere-hulladékai.
Még egyszer, ez a küldetés a jelenleg elérhető egyetlen példát vezeti egy élethordozó bolygóra; Föld. A bolygónk légkörének körülbelül 21% -a oxigén. Ez meglepő, mivel az oxigén egy nagyon reakcióképes gáz, amely hajlamos más vegyületekkel kémiai kombinációkba lépni. A szabad oxigénnek gyorsan eltűnik a levegőnkből. Ez továbbra is fennáll, mivel a veszteséget folyamatosan felváltják a növények és baktériumok, amelyek a fotoszintézis anyagcseréjének anyagává engedik.
A keményszintetikus baktériumok miatt a metán nyomai vannak a Föld légkörében. Mivel a metán és az oxigén reagálnak egymásra, egyikük sem maradhatna sokáig, ha az élő szervezetek nem folyamatosan pótolnák az ellátást. A Föld légköre nyomokban más gázokat is tartalmaz, amelyek metabolikus melléktermékek.
Az élőlények általában energiát használnak a Föld légkörének fenntartására olyan állapotban, amely távol van a termodinamikai egyensúlytól, amelyet élet nélkül elérne. Az asztrobiológusok bármilyen bolygót gyaníthatnak, amelynek légköre hasonló életállapotú. De a többi esethez hasonlóan nehéz lenne teljesen kizárni a nem biológiai lehetőségeket.
Az anyagcserén kívül a NASA bizottsága az evolúciót az élő dolgok alapvető képességének azonosította. Ahhoz, hogy egy evolúciós folyamat megtörténjen, rendszercsoportnak kell lennie, ahol mindegyik képes megbízhatóan reprodukálni magát. A reprodukció általános megbízhatósága ellenére a reprodukciós folyamatban alkalmanként véletlenszerű másolási hibákat is kell tapasztalni, hogy a rendszerek eltérő tulajdonságokkal rendelkezzenek. Végül, a rendszereknek különbséget kell mutatniuk a túlélés és a reprodukció képességében, a környezetükre jellemző sajátosságaik előnyei vagy kötelezettségei alapján. Ha ezt a folyamatot újra és újra megismételték a nemzedékek során, a rendszerek tulajdonságai jobban alkalmazkodnak a környezetükhöz. A nagyon összetett vonások néha lépésről lépésre fejlődhetnek ki.
A Mix ezt nevezi Darwini élet meghatározása után a tizenkilencedik századi természettudós Charles Darwin, aki megfogalmazta az evolúció elméletét. A haldaniai definícióhoz hasonlóan a darwini életdefiníciónak is vannak hiányosságai. Nehéz belefoglalni mindazt, amiről gondolhatunk, mint életre. Például az öszvék nem tudnak szaporodni, és e meghatározás szerint nem számítanak életnek.
Az ilyen hiányosságok ellenére a darwini életmeghatározás kritikus jelentőségű, mind az élet eredetét vizsgáló tudósok, mind az asztrobiológusok számára. Darwin elméletének modern változata megmagyarázza, hogy az élet sokféle és összetett formája hogyan alakulhat ki valamilyen kezdeti egyszerű formából. Az élet eredete elméletre van szükség annak magyarázatához, hogy az eredeti egyszerű forma miként szerezte meg az elsődleges fejlődési képességet.
A naprendszerünk más bolygóin vagy holdjain található kémiai rendszerek vagy életformák olyan egyszerűek lehetnek, hogy közel állnak az élet és a nem élet közötti határhoz, amelyet a Darwin-meghatározás megállapít. A meghatározás létfontosságú lehet az astrobiológusok számára, akik megpróbálják eldönteni, hogy az általuk talált kémiai rendszer valóban életforma-e. A biológusok még mindig nem tudják, honnan származik az élet. Ha az asztrobiológusok rendszereket találnak a darwini határ közelében, akkor megállapításaik döntő jelentőséggel bírhatnak az élet eredete megértésében.
Használhatják-e az asztrobiológusok a Darwin-meghatározást a földönkívüli élet megkeresésére és tanulmányozására? Nem valószínű, hogy egy látogató űrhajó észlelheti maga az evolúció folyamatát. De képes lehet kimutatni azokat a molekuláris szerkezeteket, amelyekre az élő szervezeteknek szükségük van ahhoz, hogy részt vegyenek egy evolúciós folyamatban. Mark Bedau filozófus azt javasolta, hogy egy evolúcióra képes minimális rendszernek három dolgot kell tartalmaznia: 1) egy kémiai anyagcserét, 2) egy tartályt, mint egy sejtmembránt, a rendszer határainak meghatározásához, és 3) egy kémiai anyagot. Az anyagcsere-tevékenységeket irányító „program”.
Itt a Földön a kémiai program a genetikai molekula DNS-en alapul. Számos élet eredetű teoretikus úgy gondolja, hogy a legkorábbi földi életformák genetikai molekulája lehetett az egyszerűbb molekula ribonukleinsav (RNS). A genetikai program fontos az evolúciós folyamat szempontjából, mivel stabilissá teszi a reproduktív másolási folyamatot, csak alkalmi hibákkal.
Mind a DNS, mind az RNS biopolimerek; hosszú láncszerű molekulák, sok ismétlődő alegységgel. Ezekben a molekulákban a nukleotid bázis alegységek specifikus szekvenciája kódolja a hordozott genetikai információkat. Annak érdekében, hogy a molekula a genetikai információ minden lehetséges szekvenciáját kódolja, lehetővé kell tenni, hogy az alegységek bármilyen sorrendben előfordulhassanak.
Steven Benner, a számítástechnikai genomika kutatója úgy véli, hogy képesek lehetünk az űrhajók kísérleteinek kidolgozására idegen genetikai biopolimerek kimutatására. Megjegyzi, hogy a DNS és az RNS nagyon szokatlan biopolimerek, mivel az alegységeik sorrendjének megváltoztatása nem változtatja meg kémiai tulajdonságaikat. Ez a szokatlan tulajdonság teszi lehetővé ezeknek a molekuláknak a lehetséges genetikai kód szekvenciájának stabil hordozói.
A DNS és az RNS egyaránt polioelektrolitok; molekulák, amelyek rendszeresen ismétlődő negatív elektromos töltésű területeket tartalmaznak. Benner úgy véli, hogy ez magyarázza rendkívüli stabilitását. Úgy gondolja, hogy minden idegen genetikai biopolimernek polielektrolitnak is lennie kell, és olyan kémiai vizsgálatokat lehet kidolgozni, amelyek révén egy űrhajó felismerheti az ilyen polioelektrolit molekulákat. A DNS idegen párjának megtalálása nagyon izgalmas lehetőség, és újabb elem az idegen élet azonosításának rejtvényéhez.
Clinton elnök 1996-ban drámai bejelentést tett a Mars életének lehetséges felfedezéséről. Clinton beszédet David McKay csapata és az Alan Hills meteorit csapata eredményei motiválták. Valójában a McKay-i megállapítások csak egy darabnak bizonyultak a lehetséges marsi élet nagyobb rejtvényeiben. Hacsak egy idegen valaha elmúlik a várakozó kameráink mellett, akkor valószínűleg egyetlen kísérlettel vagy hirtelen drámai áttöréssel nem sikerül megoldani azt a kérdést, hogy létezik-e földönkívüli élet vagy sem. A filozófusok és a tudósok nem rendelkeznek egyetlen, biztos életbiztos meghatározással. Következésképpen az asztrológusoknak nincs egyetlen biztos tűz tesztje, amely megoldja a problémát. Ha léteznek egyszerű életformák a Marson vagy a Naprendszer más részein, akkor valószínűnek tűnik, hogy ez a tény fokozatosan fog megjelenni, sok egymáshoz kapcsolódó bizonyítékok alapján. Nem fogjuk igazán tudni, mit keresünk, amíg meg nem találjuk.
Hivatkozások és további olvasmányok:
P. Anderson (2011) meghatározhatná a kíváncsiság, hogy a Viking életet talált-e a Marson?
Atreya S. K., Mahaffy P., A-S. Wong (2007), Metán és rokon nyomainak fajai a Marson: eredete, vesztesége, az életre és a lakhatóságra gyakorolt hatások, Bolygó- és űrtudomány, 55:358-369.
M. A. Bedau (2010), a minimális kémiai élet arisztotelészi beszámolója, Asztrobiológia, 10(10): 1011-1020.
S. Benner (2010), Az élet meghatározása, Asztrobiológia, 10(10):1021-1030.
Machery E. (2012), Miért hagytam abba az aggodalmat az élet meghatározása miatt ... és miért kellene neked is, Synthese, 185:145-164.
Marion G. M., Fritsen C. H., Eicken H., Payne M., (2003) Az élet keresése az Europa-on: A környezeti tényezők, a potenciális élőhelyek és a Föld analógjainak korlátozása. Asztrobiológia 3(4):785-811.
L. J. Mix (2015), Az élet meghatározásainak védelme, Asztrobiológia, A 15. cikk (1) bekezdését on-line módon közzétették a közzététel előtt.
Patton P. E. (2014) A zavart holdjai: Miért lehet nehezebb megtalálni a földönkívüli életet, mint gondoltuk, az Space Magazine.
T. Reyes (2014) A NASA Curiosity Rover kimutatja a metánt, a Organics on Mars-t, a Space Magazine.
S. Seeger, M. Schrenk és W. Bains (2012), A földi bioszignál gázok asztrofizikai képe. Asztrobiológia, 12(1): 61-82.
S. Tirard, M. Morange és A. Lazcano (2010), Az élet meghatározása: A megfoghatatlan tudományos törekvés rövid története, Asztrobiológia, 10(10):1003-1009.
C. Webster és az MSL Science team számos más tagja (2014) a Mars metándetektálása és változékonysága a Gale-kráternél, Tudomány, A tudomány kifejezi a korai tartalmat.
Találtak-e a Viking Mars leszállók az élet építőköveit? A hiányzó darab inspirálja a puzzle új megjelenését. A Science Daily kiemelt kutatása, 2010. szeptember 5.
A NASA rover aktív és ősi szerves kémiát talál a Marson, a Kaliforniai Technológiai Intézet Jet Propulsion laboratóriumában, News, 2014. december 16.
