Astrobiologihistorie, studieobjekt og betydning

2911
Alexander Pearson

De astrobiologi eller eksobiologi Det er en gren av biologien som handler om livets opprinnelse, distribusjon og dynamikk, i sammenheng med planeten vår og hele universet. Vi kan da si at som vitenskap er astrobiologi for universet, hva biologi er for planeten Jorden.

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

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

Astrobiologi oppfatter livet som et fenomen som kan være "universelt". Den tar for seg mulige sammenhenger eller scenarier; dets krav og minimumsbetingelser; prosessene som er involvert; dens ekspansive prosesser; blant andre temaer. Det er ikke begrenset til intelligent liv, men utforsker alle mulige typer liv.

Artikkelindeks

  • 1 Historie om astrobiologi
    • 1.1 Den aristoteliske visjonen
    • 1.2 Den kopernikanske utsikten
    • 1.3 Første ideer om utenomjordisk liv
  • 2 Objekt for studier av astrobiologi
  • 3 Mars som modell for studier og romforskning
    • 3.1 Sjøfartsoppdrag og paradigmeskiftet
    • 3.2 Er det liv på Mars? Viking-oppdraget
    • 3.3 Oppdrag Beagle 2, Mars Polar Lander
    • 3.4 Mission Phoenix
    • 3.5 Utforskningen av Mars fortsetter
    • 3.6 Det var vann på Mars
    • 3.7 Mars meteoritter
    • 3.8 Panspermia, meteoritter og kometer
  • 4 Betydningen av astrobiologi
    • 4.1 Fermi-paradokset
    • 4.2 SETI-programmet og søket etter utenomjordisk intelligens
    • 4.3 Drake-ligningen
    • 4.4 Nye scenarier
  • 5 Astrobiologi og utforskning av jordens ender
  • 6 Perspektiver for astrobiologi
  • 7 Referanser

Historie av astrobiologi

Historien om astrobiologi dateres kanskje tilbake til menneskehetens begynnelse som en art og dens evne til å stille spørsmål ved 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

Den aristoteliske visjonen betraktet Solen, Månen, resten av planetene og stjernene, som perfekte kuler som gikk i bane rundt oss, og laget konsentriske sirkler rundt oss..

Denne visjonen utgjorde den geosentriske modellen til universet og var forestillingen som markerte menneskeheten i middelalderen. Sannsynligvis kunne ikke ha vært fornuftig 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 annen planet, som dreide seg om solen.

Denne tilnærmingen påvirket dypere måten å se på resten av universet og til og med å se på oss selv, da det satte oss på et sted som kanskje ikke var så "spesielt" som vi hadde trodd. Muligheten for eksistensen av andre planeter som ligner på oss, og med den, for et annet liv enn det vi kjenner, åpnet seg da..

Figur 2. Det heliosentriske systemet til Copernicus. Kilde: Offentlig domene, via Wikimedia Commons

Første ideer om liv utenomjordisk

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

I midten av det attende århundre, mange av de lærde assosiert med belysning, de skrev om utenomjordisk liv. Selv tidens ledende astronomer som Wright, Kant, Lambert og Herschel antok at planeter, måner og til og med kometer kunne beboddes.

Slik begynte 1800-tallet med et flertall akademiske forskere, filosofer og teologer, som delte troen på eksistensen av utenomjordisk liv på nesten alle planeter. Dette ble ansett som en god antagelse på den tiden, basert på en økende vitenskapelig forståelse av kosmos..

De overveldende forskjellene mellom solsystemets himmellegemer (når det gjelder kjemisk sammensetning, atmosfære, tyngdekraft, lys og varme) ble ignorert.

Imidlertid, da kraften til teleskoper økte, og med tilkomsten av spektroskopi, var astronomer i stand til å begynne å forstå kjemien til nærliggende planetariske atmosfærer. Dermed kunne det utelukkes at nærliggende planeter var bebodd av organismer som ligner på jordiske..

Objekt for studier av astrobiologi

Astrobiologi fokuserer på studiet av følgende grunnleggende spørsmål:

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

Mange andre spørsmål oppstår fra disse spørsmålene, alle knyttet til studiet av astrobiologi.

Mars som modell for studier og romforskning

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 nittende og begynnelsen av det tjuende århundre..

De hevdet at merkene på Mars-overflaten faktisk var kanaler bygget av en populasjon av intelligente organismer. Disse mønstrene anses nå å være et produkt av vinden..

Oppdragene Mariner og paradigmeskiftet

Romsonder Mariner, De eksemplifiserer romalderen som begynte på slutten av 1950-tallet. Denne tiden gjorde det mulig å direkte visualisere og undersøke planetariske og måneflater i solsystemet; dermed utelukker påstander om flercellede og lett gjenkjennelige utenomjordiske livsformer i solsystemet.

I 1964 NASA-oppdraget Mariner 4, sendte de første nære fotografiene av Mars-overflaten, som viser en i utgangspunktet ørkenplanet.

Imidlertid tillot etterfølgende oppdrag til Mars og de ytre planetene et detaljert syn på disse kroppene og deres måner, og spesielt når det gjelder Mars, en delvis forståelse av deres tidlige historie..

I forskjellige utenomjordiske omgivelser fant forskere miljøer som ikke var forskjellige med bebodde miljøer på jorden..

Den viktigste konklusjonen i disse første romoppdragene var erstatning av spekulative antakelser med kjemiske og biologiske bevis, som gjør at den kan studeres og analyseres objektivt..

Er det liv på Mars? Oppdraget Viking

I første omgang resultatene av oppdragene Mariner støtte hypotesen om at det ikke eksisterer liv på Mars. Vi må imidlertid vurdere at det ble søkt etter makroskopisk liv. Påfølgende oppdrag har tvilet fraværet av mikroskopisk liv.

Figur 3. Orbital og jordbasert sonde til Viking-oppdraget. Kilde: Don Davis [Public domain], via Wikimedia Commons

For eksempel av de tre eksperimentene designet for å oppdage liv, utført av misjonens bakkesonde Viking, to var positive og en negativ.

Til tross for dette var de fleste forskerne involvert i sondens eksperimenter Viking er enig i at det ikke er bevis for bakterielivet på Mars, og resultatene er offisielt ufattelige.

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

Oppdrag Beagle 2, Mars Polar Lander

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

Dette oppdraget inkluderte en sonde kalt Beagle 2 (homonym til skipet der Charles Darwin reiste), designet for å søke etter tegn på liv på den grunne overflaten av Mars.

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

Oppdrag Føniks

Etter disse mislykkede forsøkene, i mai 2008, oppdraget Føniks fra NASA nådde Mars og oppnådde ekstraordinære resultater på bare 5 måneder. Hans viktigste forskningsmål var eksobiologisk, klimatisk og geologisk.

Denne sonden var i stand til å demonstrere eksistensen av:

  • Snø i Mars-atmosfæren.
  • Vann i form av is under de øvre lagene på denne planeten.
  • Grunnleggende jordarter med en pH mellom 8 og 9 (i det minste i området nær nedkjøringen).
  • Flytende vann på overflaten av Mars tidligere

Utforskningen av Mars fortsetter

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

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

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

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

De Rover MER-A (Nysgjerrighet), 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. Sesongmessige svingninger i metan nivåer på Mars, målt ved Rover MER-A (Curiosity). Kilde: NASA / JPL-Caltech

Det var vann på Mars

Selv om overflaten til Mars er ugjestmild i dag, er det klare bevis for at marsklimaet i det fjerne tillot flytende vann, en viktig ingrediens for livet slik vi kjenner det, å samle seg på overflaten..

Dataene fra Rover MER-A (Nysgjerrighet), avsløre at en innsjø i Gale-krateret for milliarder av år siden inneholdt alle ingrediensene som er nødvendige for livet, inkludert kjemiske komponenter og energikilder.

Mars meteoritter

Noen forskere anser marsmeteoritter som gode kilder til informasjon om planeten, og antyder til og med at de inneholder naturlige organiske molekyler og til og med mikrofossiler av bakterier. Disse tilnærmingene er gjenstand for vitenskapelig debatt.

Figur 7. Mikroskopisk utsikt over den indre strukturen til meteoritten ALH84001, som viser strukturer som ligner på basiller. Kilde: NASA [Public domain], via Wikimedia Commons

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

Panspermia, meteoritter og kometer

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

I dag er det også hypoteser som antyder at jordbasert vann kom fra kometer som tidligere bombarderte planeten vår. I tillegg antas det at disse kometene kan ha ført med seg urmolekyler, som tillot utvikling av liv eller til og med allerede utviklet liv innlagt..

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

Viktigheten av astrobiologi

Fermis paradoks

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

Bare i Melkeveien er det hundrevis av milliarder stjernesystemer. Dette faktum, sammen med alderen til universet, antyder at livet skal være et vanlig fenomen i vår galakse..

Rundt dette emnet er spørsmålet fra den Nobelprisvinnende fysikeren Enrico Fermi kjent: "Hvor er alle?", Som han formulerte i sammenheng med en lunsj, hvor det faktum at galaksen skulle være full ble diskutert om livet.

Spørsmålet endte med å gi opphav til Paradoxet som bærer navnet hans, og som er uttalt som følger:

"Troen på at universet inneholder mange teknologisk avanserte sivilisasjoner, kombinert med vår mangel på observasjonsbevis for å støtte dette synet, er inkonsekvent."

SETI-programmet og søket 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 søk etter ekstraterrestriell intelligens (SETI) -program..

Dette programmet har gjort en felles innsats med NASA for å søke etter tegn på utenomjordisk liv, for eksempel radio- og mikrobølgesignaler. Spørsmålene om hvordan og hvor man skal lete etter disse tegnene har ført til store fremskritt innen mange grener av vitenskapen..

Figur 8. Radioteleskop brukt av SETI i Arecibo, Puerto Rico. Kilde: JidoBG [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], fra Wikimedia Commons

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

SETI-prosjektet har til og med skapt Hollywood-filmer, som f.eks Ta kontakt med, med skuespillerinnen Jodie Foster i hovedrollen og inspirert av den eponyme romanen 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 * x fs x nog x fl x fJeg x fc x L

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

  • R *: dannelseshastigheten til stjerner som ligner solen vår
  • Fs: brøkdelen av disse stjernesystemene med planeter
  • nog: antall jordlignende planeter per planetarisk system
  • Fl: brøkdelen av disse planetene der livet utvikler seg
  • FJeg: den brøkdelen intelligens oppstår i
  • Fc: brøkdelen av planeter som kommuniserer
  • L: "forventet levealder" 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. Imidlertid er det enighet om at antallet det pleier å kaste er stort.

Nye scenarier

Det bør bemerkes at når Drake-ligningen ble formulert, var det svært lite bevis for planeter og måner utenfor vårt solsystem (eksoplaneter). Det var på 1990-tallet at det første beviset på eksoplaneter dukket opp.

Figur 9. Kepler-teleskop. Kilde: NASA [Public domain], via Wikimedia Commons

For eksempel oppdraget Kepler NASA oppdaget 3.538 eksoplanetkandidater, hvorav minst 1000 anses å være i den "beboelige sonen" til det aktuelle systemet (avstand som tillater eksistensen av flytende vann).

Astrobiologi og utforskning av jordens ender

En av fordelene med astrobiologi er at den i stor grad har inspirert ønsket om å utforske vår egen planet. Dette med håp om å forstå hvordan livet fungerer i andre scenarier.

For eksempel har studiet av hydrotermiske ventilasjoner på havbunnen gjort det mulig for oss for første gang å observere liv som ikke er forbundet med fotosyntese. Det vil si at disse studiene viste oss at det kan være systemer der livet ikke er avhengig av sollys, som alltid har blitt ansett som et uunnværlig krav..

Dette tillater oss å anta mulige livsscenarier på planeter der flytende vann kan oppnås, men under tykke lag med is, 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 beskyttet inne i bergarter (endolytiske bakterier).

I dette tilfellet fungerer fjellet både som støtte og som beskyttelse mot stedets ugunstige forhold. Denne strategien har også blitt oppdaget i saltleiligheter og varme kilder.

Figur 10. McMurdo Dry Valleys i Antarktis, et av stedene på jorden som ligner mest på Mars. Kilde: U.S. Department of State fra USA [Public domain], via Wikimedia Commons

Perspektiver av astrobiologi

Det vitenskapelige søket etter liv utenomjordisk har hittil mislyktes. Men det blir mer og mer sofistikert, ettersom astrobiologisk forskning gir ny kunnskap. Det neste tiåret med astrobiologisk utforskning vil være vitne til:

  • 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 knapt har en sjanse til å finne det..

Selv om sistnevnte scenario er sant, utvider forskningen innen astrobiologi vårt perspektiv på livet på jorden og dets plass i universet i økende grad..

Referanser

  1. 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
  2. Eigenbrode, J. L., Summons, R. E., Steele, A., Freissinet, C., Millan, M., Navarro-González, R.,… Coll, P. (2018). Organisk materiale bevart i 3 milliarder år gamle gjørmesteiner ved Gale-krateret, Mars. Science, 360 (6393), 1096-1101. doi: 10.1126 / science.aas9185
  3. Goldman, A. D. (2015). Astrobiologi: En oversikt. I: Kolb, Vera (red.). ASTROBIOLOGI: En evolusjonær tilnærming CRC Press
  4. Goordial, J., Davila, A., Lacelle, D., Pollard, W., Marinova, M. M., Greer, C. W., ... Whyte, L. G. (2016). Nærmer seg de kalde og tørre grensene for mikrobielt liv i permafrost i en øvre tørr dal, Antarktis. ISME Journal, 10 (7), 1613-1624. doi: 10.1038 / ismej.2015.239
  5. Krasnopolsky, V. A. (2006). Noen problemer knyttet til opprinnelsen til metan på Mars. Icarus, 180 (2), 359-367. doi: 10.1016 / j.icarus.2005.10.015
  6. LEVIN, G. V., & STRAAT, P. A. (1976). Viking Labeled Release Biology Experiment: Interimsresultater. Science, 194 (4271), 1322-1329. doi: 10.1126 / science.194.4271.1322
  7. Ten Kate, I. L. (2018). Organiske molekyler på Mars. Science, 360 (6393), 1068-1069. doi: 10.1126 / science.aat2662
  8. Webster, C. R., Mahaffy, P. R., Atreya, S. K., Moores, J. E., Flesch, G. J., Malespin, C., ... Vasavada, A. R. (2018). Bakgrunnsnivåer av metan i Mars atmosfære viser sterke sesongvariasjoner. Science, 360 (6393), 1093-1096. doi: 10.1126 / science.aaq0131
  9. Whiteway, J. A., Komguem, L., Dickinson, C., Cook, C., Illnicki, M., Seabrook, J., ... Smith, P. H. (2009). Mars vann-is skyer og nedbør. Science, 325 (5936), 68-70. doi: 10.1126 / science.1172344

Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.