ASTROBIOLOGI: HISTORIE, STUDIENS GENSTAND OG BETYDNING - BIOLOGI - 2025

Den astrobiologi eller exobiologi er en gren af biologien, der beskæftiger sig med oprindelsen, distribution og dynamik af livet i forbindelse med både vores planet, som hele universet. Vi kunne da sige, at som en videnskab er astrobiologi for universet, hvad biologi er for planeten Jorden.

På grund af det brede spektrum af virkning af astrobiologi konvergerer andre videnskaber det, såsom: fysik, kemi, astronomi, molekylærbiologi, biofysik, biokemi, kosmologi, geologi, matematik, computing, sociologi, antropologi, arkæologi, blandt andre.

Figur 1. Kunstnerisk fortolkning af forbindelsen mellem udforskning af liv og rum. Kilde: NASA / Cheryse Triano

Astrobiologi opfatter livet som et fænomen, der kan være "universelt". Det beskæftiger sig med deres mulige kontekster eller scenarier; dets krav og dets mindstekrav de involverede processer dets ekspansive processer; blandt andre emner. Det er ikke begrænset til intelligent liv, men udforsker enhver mulig livsform.

Astrobiologiens historie

Astrobiologiens historie går måske tilbage til begyndelsen af ​​menneskeheden som en art og dens evne til at stille spørgsmål til sig selv om kosmos og liv på vores planet. Derfra opstår de første visioner og forklaringer, der stadig er til stede i mange folks myter i dag.

Den aristoteliske vision

Den aristoteliske vision betragtede Solen, Månen, resten af ​​planeterne og stjernerne som perfekte sfærer, der kredsede omkring os og gjorde koncentriske cirkler omkring os.

Denne vision udgjorde universets geocentriske model og var den forestilling, der markerede menneskeheden i middelalderen. Det kunne sandsynligvis ikke have været fornuftigt på det tidspunkt, spørgsmålet om eksistensen af ​​"indbyggere" uden for vores planet.

Den kopernikanske udsigt

I middelalderen foreslog Nicolás Copernicus sin heliocentriske model, der placerede Jorden som endnu en planet, der drejede sig om solen.

Denne tilgang påvirkede dybtgående den måde, vi ser på resten af ​​universet og endda ser på os selv, da den placerede os et sted, der måske ikke var så "specielt", som vi havde troet. Derefter er muligheden for, at der findes andre planeter, der ligner vores, og med det, et andet liv end den, vi kender.

Figur 2. Det heliocentriske system af Copernicus. Kilde: Public domain, via Wikimedia Commons

Første ideer om udenjordisk liv

Den franske forfatter og filosof, Bernard le Bovier de Fontenelle, foreslog allerede i slutningen af ​​1600-tallet, at der kunne eksistere liv på andre planeter.

I midten af ​​det 18. århundrede skrev mange af de lærde, der var knyttet til oplysningstiden, om udenjordisk liv. Selv førende astronomer i den tid som Wright, Kant, Lambert og Herschel antog, at planeter, måner og endda kometer kunne beboes.

Sådan begyndte det nittende århundrede med et flertal af akademiske videnskabsfolk, filosoffer og teologer, der delte troen på eksistensen af ​​udenjordisk liv på næsten alle planeter. Dette blev betragtet som en sund antagelse på det tidspunkt baseret på en voksende videnskabelig forståelse af kosmos.

De overvældende forskelle mellem solsystemets himmellegemer (med hensyn til deres kemiske sammensætning, atmosfære, tyngdekraft, lys og varme) blev ignoreret.

Efterhånden som kraften i teleskoper steg og med fremkomsten af ​​spektroskopi, var astronomer i stand til at begynde at forstå kemien i de nærliggende planetariske atmosfærer. Det kan således udelukkes, at planeter i nærheden blev beboet af organismer, der ligner jordiske.

Genstand for undersøgelse af astrobiologi

Astrobiologi fokuserer på studiet af følgende grundlæggende spørgsmål:

• Hvad er livet?
• Hvordan opstod livet på Jorden?
• Hvordan udvikler og udvikler livet sig?
• Er der liv andre steder i universet?
• Hvad er fremtiden for livet på Jorden og andre steder i universet, hvis det findes?

Mange andre spørgsmål stammer fra disse spørgsmål, alle relateret til genstanden for studiet af astrobiologi.

Mars som en model til undersøgelse og rumforskning

Den røde planet, Mars, har været den sidste bastion af hypoteser om udenjordisk liv i solsystemet. Ideen om eksistensen af ​​liv på denne planet kom oprindeligt fra observationer foretaget af astronomer i slutningen af ​​det 19. og det tidlige 20. århundrede.

De argumenterede for, at mærkerne på Marsoverfladen faktisk var kanaler bygget af en befolkning af intelligente organismer. Disse mønstre anses nu for at være et produkt fra vinden.

Opgaverne

Mariner-rumsonderne illustrerer rumalderen, der begyndte i slutningen af ​​1950'erne. Denne æra gjorde det muligt direkte at visualisere og undersøge planet- og månefladerne i solsystemet; således udelukker påstandene om flercellede og let genkendelige udenjordiske livsformer i solsystemet.

I 1964 sendte NASA's Mariner 4-mission de første nærbilleder af Marsoverfladen, der viser en dybest set ørkenplanet.

Efterfølgende missioner til Mars og de ydre planeter muliggjorde imidlertid et detaljeret overblik over disse kroppe og deres måner, og især i tilfælde af Mars, en delvis forståelse af deres tidlige historie.

I forskellige udenjordiske omgivelser fandt forskerne miljøer, der ikke var meget forskellige fra beboede miljøer på Jorden.

Den vigtigste konklusion af disse første rumopgaver var udskiftningen af ​​spekulative antagelser med kemisk og biologisk bevis, som gør det muligt at studere og analysere det objektivt.

Er der liv på Mars? Missionen

I første omgang understøtter resultaterne af Mariner-missionerne hypotesen om ikke-eksistensen af ​​liv på Mars. Vi må dog overveje, at der blev søgt om makroskopisk liv. Efterfølgende missioner har tvivlet på fraværet af mikroskopisk liv.

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

For eksempel var to af de tre eksperimenter designet til at detektere liv udført af Viking-missionens jordprobe positive og en negativ.

På trods af dette er de fleste forskere, der er involveret i Viking-sondeeksperimenterne, enige om, at der ikke er noget bevis for bakterieliv på Mars, og at resultaterne er officielt uoverensstemmende.

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

missioner

Efter de kontroversielle resultater af Viking-missionerne lancerede Det Europæiske Rumorganisation (ESA) Mars Express-missionen i 2003, specielt designet til eksobiologiske og geokemiske undersøgelser.

Denne mission inkluderede en sonde kaldet Beagle 2 (homonym til skibet, hvor Charles Darwin rejste), designet til at søge efter tegn på liv på den lave overflade af Mars.

Denne sonde mistede desværre kontakten med Jorden og kunne ikke udføre sin mission tilfredsstillende. Tilsvarende skæbne havde NASA-sonden "Mars Polar Lander" i 1999.

Mission

Efter disse mislykkede forsøg, i maj 2008, nåede NASAs Phoenix-mission Mars og opnå ekstraordinære resultater på kun 5 måneder. Hans vigtigste forskningsmål var eksobiologisk, klimatisk og geologisk.

Denne sonde var i stand til at demonstrere eksistensen af:

• Sne i Mars 'atmosfære.
• Vand i form af is under de øverste lag af denne planet.
• Grundlæggende jordarter med en pH-værdi mellem 8 og 9 (mindst i området nær nedstigningen).
• Flydende vand på Mars's overflade i fortiden

Udforskningen af ​​Mars fortsætter

Udforskningen af ​​Mars fortsætter i dag med højteknologiske robotinstrumenter. Rovers-missionerne (MER-A og MER-B) har givet imponerende bevis for, at der var vandaktivitet på Mars.

F.eks. Er der fundet bevis for ferskvand, kogende kilder, en tæt atmosfære og en aktiv vandcyklus.

Figur 5. Tegning af Rover MER-B (mulighed) på Mars's overflade. Kilde: NASA / JPL / Cornell University, Maas Digital LLC, via Wikimedia Commons

På Mars er der opnået bevis for, at nogle klipper er blevet støbt i nærværelse af flydende vand, såsom Jarosite, opdaget af MER-B (Opportunity) Rover, som var aktiv fra 2004 til 2018.

Rover MER-A (Curiosity) har målt sæsonudsving i metan, som altid har været relateret til biologisk aktivitet (data offentliggjort i 2018 i tidsskriftet Science). Han har også fundet organiske molekyler såsom thiophen, benzen, toluen, propan og butan.

Figur 6. Sæsonudsving i metanniveauer på Mars målt ved Rover MER-A (Curiosity). Kilde: NASA / JPL-Caltech

Der var vand på Mars

Selvom Mars's overflade i øjeblikket er ugjestmild, er der klare beviser for, at Mars-klimaet i den fjerne fortid lod flydende vand, en vigtig ingrediens for livet som vi kender det, samle sig på overfladen.

Rover MER-A (Curiosity) data afslører, at for en milliard år af år indeholdt en sø i Gale-krateret alle de ingredienser, der var nødvendige for livet, inklusive kemiske komponenter og energikilder.

Martiske meteoritter

Nogle forskere betragter Martian-meteoritter som gode kilder til information om planeten og antyder endda, at der er naturlige organiske molekyler og endda mikrofossiler af bakterier. Disse tilgange er genstand for videnskabelig debat.

Figur 7. Mikroskopisk billede af den indre struktur i ALH84001-meteoritten, der viser strukturer, der ligner baciller. Kilde: NASA, via Wikimedia Commons

Disse meteoritter fra Mars er meget sjældne og repræsenterer de eneste direkte analyserbare prøver af den røde planet.

Panspermia, meteoritter og kometer

En af hypoteserne, der favoriserer undersøgelsen af ​​meteoritter (og også kometer), er blevet kaldt panspermia. Dette består af antagelsen om, at før koloniseringen af ​​Jorden fandt sted af mikroorganismer, der kom inde i disse meteoritter.

I dag er der også hypoteser, der antyder, at terrestrisk vand kom fra kometer, der bombarderede vores planet i fortiden. Derudover antages det, at disse kometer kan have bragt primære molekyler med sig, hvilket gjorde det muligt at udvikle liv eller endda allerede udviklet liv, der var inde i dem.

For nylig, i september 2017, afsluttede Det Europæiske Rumorganisation (ESA) Rosseta-missionen, der blev lanceret i 2004, med succes. Denne mission bestod af efterforskning af kometen 67P / Churyumov-Gerasimenko med Philae-sonden, der nåede og kredsede om den, for at derefter ned. Resultaterne af denne mission undersøges stadig.

Betydningen af ​​astrobiologi

Fermis paradoks

Det kan siges, at det originale spørgsmål, der motiverer studiet af Aastrobiologi, er: Er vi alene i universet?

I Melkevejen alene er der hundreder af milliarder af stjernesystemer. Denne kendsgerning, sammen med universets alder, antyder, at liv skal være et almindeligt fænomen i vores galakse.

Om dette emne er spørgsmålet fra den Nobelprisvindende fysiker Enrico Fermi berømt: "Hvor er alle?", Som han stillede i forbindelse med en frokost, hvor det faktum, at galaksen skulle være fuld, blev drøftet af livet.

Spørgsmålet endte med at give anledning til det paradoks, der bærer hans navn, og som er anført på følgende måde:

SETI-programmet og søgningen efter ekstrem jordisk intelligens

Et muligt svar på Fermi-paradokset kunne være, at de civilisationer, vi tænker over, faktisk er der, men vi har ikke kigget efter dem.

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

Dette program har gjort en fælles indsats med NASA i søgen efter tegn på udenjordisk liv, såsom radio- og mikrobølgesignaler. Spørgsmålene om, hvordan og hvor man skal se efter disse signaler, har ført til store fremskridt i mange videnskabelige grene.

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

I 1993 annullerede den amerikanske kongres finansiering til NASA til dette formål som et resultat af misforståelser om betydningen af, hvad søgningen indebærer. I dag finansieres SETI-projektet med private midler.

SETI-projektet har endda givet Hollywood-film som Contact, med skuespillerinde Jodie Foster, og inspireret af romanen med samme navn skrevet af den verdensberømte astronom Carl Sagan.

Drakes ligning

Frank Drake har estimeret antallet af civilisationer med kommunikationsevner ved hjælp af det udtryk, der bærer hans navn:

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

Hvor N repræsenterer antallet af civilisationer med evnen til at kommunikere med Jorden og udtrykkes som en funktion af andre variabler såsom:

• R *: dannelsen af ​​stjerner, der ligner vores sol
• f _p: brøkdelen af ​​disse stjernesystemer med planeter
• n _e: antallet af jordlignende planeter pr. planetsystem
• f _l: brøkdelen af ​​disse planeter, hvor livet udvikler sig
• f _i: den brøkdel, hvor intelligens opstår
• f _c: brøkdelen af ​​kommunikationsmæssigt tilpassede planeter
• L: disse civilisationers forventede levealder.

Drake formulerede denne ligning som et værktøj til at "størrelse" problemet snarere end som et element til at foretage konkrete skøn, da mange af dens udtryk er ekstremt vanskelige at estimere. Der er imidlertid enighed om, at antallet, det har tendens til at kaste, er stort.

Nye scenarier

Vi skal bemærke, at når Drake-ligningen blev formuleret, var der meget lidt bevis for planeter og måner uden for vores solsystem (eksoplaneter). Det var i 1990'erne, at det første bevis for eksoplaneter dukkede op.

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

F.eks. Opdagede NASAs Kepler-mission 3.538 exoplanet-kandidater, hvoraf mindst 1.000 anses for at være i det "beboelige område" i det betragtede system (afstand, der tillader eksistensen af ​​flydende vand).

Astrobiologi og udforskning af jordens ender

En af fordelene ved astrobiologi er, at den i vid udstrækning har inspireret ønsket om at udforske vores egen planet. Dette med håb om analogt at forstå funktionen af ​​livet i andre omgivelser.

For eksempel har undersøgelsen af ​​hydrotermiske åbninger på havbunden gjort det muligt for os for første gang at observere liv, der ikke er forbundet med fotosyntesen. Det vil sige, disse undersøgelser viste os, at der kan være systemer, hvor livet ikke afhænger af sollys, som altid havde været betragtet som et uundværligt krav.

Dette giver os mulighed for at antage mulige scenarier for livet på planeter, hvor flydende vand kan findes, men under tykke islag, hvilket ville forhindre ankomsten af ​​lys til organismer.

Et andet eksempel er undersøgelsen af ​​de tørre dale i Antarktis. Der har de fået fotosyntetiske bakterier, der overlever beskyttet inde i klipperne (endolytiske bakterier).

I dette tilfælde tjener klippen både som støtte og som en beskyttelse mod stedets ugunstige forhold. Denne strategi er også blevet påvist i saltlejligheder og varme kilder.

Figur 10. McMurdo Dry Valleys i Antarktis, et af de steder på Jorden, der ligner Mars mest. Kilde: US Department of State fra USA via Wikimedia Commons

Astrobiologiske perspektiver

Den videnskabelige søgning efter udenjordisk liv har hidtil været succesrig. Men det bliver mere sofistikeret, da astrobiologisk forskning producerer ny indsigt. Det næste årti med astrobiologisk efterforskning vil se:

• Større bestræbelser på at udforske Mars og de iskolde måner fra Jupiter og Saturn.
• En hidtil uset evne til at observere og analysere ekstrasolære planeter.
• Større potentiale til at designe og studere enklere livsformer i laboratoriet.

Alle disse fremskridt vil utvivlsomt øge vores sandsynlighed for at finde liv på jordlignende planeter. Men måske eksisterer ikke-jordiske liv ikke eller er så spredt over galaksen, at vi næsten ikke har nogen chance for at finde det.

Selv hvis sidstnævnte scenario er sandt, udvider forskning i astrobiologi i stigende grad vores perspektiv på livet på Jorden og dets plads i universet.

Referencer

1. Chela-Flores, J. (1985). Evolution som et kollektivt fænomen. Journal of Theoretical Biology, 117 (1), 107-118. doi: 10.1016 / s0022-5193 (85) 80166-1
2. Eigenbrode, JL, Summons, RE, Steele, A., Freissinet, C., Millan, M., Navarro-González, R.,… Coll, P. (2018). Organisk stof konserveret i 3 milliarder år gamle mudsten ved Gale-krateret, Mars. Science, 360 (6393), 1096-1101. doi: 10.1126 / science.aas9185
3. Goldman, AD (2015). Astrobiologi: et overblik. I: Kolb, Vera (red.). ASTROBIOLOGY: En evolutionsmetode CRC Press
4. Goordial, J., Davila, A., Lacelle, D., Pollard, W., Marinova, MM, Greer, CW,… Whyte, LG (2016). Nærmer sig de kolde-tørre grænser for mikrobielt liv i permafrost i en øvre tørre dal, Antarktis. ISME-tidsskriftet, 10 (7), 1613–1624. doi: 10.1038 / ismej.2015.239
5. Krasnopolsky, VA (2006). Nogle problemer relateret til metans oprindelse på Mars. Icarus, 180 (2), 359–367. doi: 10.1016 / j.icarus.2005.10.015
6. LEVIN, GV & STRAAT, PA (1976). Viking-mærket frigivelsesbiologisk eksperiment: midlertidige resultater. Science, 194 (4271), 1322-1329. doi: 10.1126 / science.194.4271.1322
7. Ten Kate, IL (2018). Organiske molekyler på Mars. Science, 360 (6393), 1068-1069. doi: 10.1126 / science.aat2662
8. Webster, CR, Mahaffy, PR, Atreya, SK, Moores, JE, Flesch, GJ, Malespin, C.,… Vasavada, AR (2018). Baggrundsniveauer af metan i Mars 'atmosfære viser stærke sæsonvariationer. Science, 360 (6393), 1093-1096. doi: 10.1126 / science.aaq0131
9. Whiteway, JA, Komguem, L., Dickinson, C., Cook, C., Illnicki, M., Seabrook, J.,… Smith, PH (2009). Mars vand-isskyer og nedbør. Science, 325 (5936), 68-70. doi: 10.1126 / science.1172344