ΝASA: Μήπως οι εξωγήινοι είμαστε… εμείς; – H ζωή στη Γη, η σωστή χημεία και η απάντηση στο πανάρχαιο ερώτημα

Για να χαρτογραφήσουμε την πορεία της ζωής στο σύμπαν, θα μπορούσαμε να ξεκινήσουμε με τα πρώτα κύτταρα, που κινούνται και καίνε ενέργεια – ίσως σε μια κοιλότητα στη φρεσκοκομμένη επιφάνεια της Γης ή σε μια υπερθερμασμένη εκτόνωση στον πυθμένα μιας αρχαίας θάλασσας, τονίζει η NASA στο επικαιροποιημένο εγχειρίδιο αναζήτησης εξωγήινης ζωής.

Αλλά μια πραγματική κατανόηση της ζωής, στη Γη ή σε κάποιον άλλο κόσμο, πιθανότατα θα μας απαιτήσει να ξετυλίξουμε ακόμη πιο πρώιμες απαρχές: την ανάφλεξη των άστρων με το φορτίο των δομικών στοιχείων της ζωής, το σχηματισμό των πλανητών από πρωτοπλανητικούς δίσκους, την ενέργεια και τη χημεία των επιφανειών και των ατμοσφαιρών.

NASA: Αποκάταστάθηκε η επαφή με το ελικόπτερο Ingenuity στον Άρη

Αναζητώντας εξωγήινους

Με περισσότερους από 5.000 επιβεβαιωμένους εξωπλανήτες και πιθανώς δισεκατομμύρια άλλους στον Γαλαξία μας, τα πιθανά μέρη στα οποία μπορεί να υπάρχει άλλη ζωή έχουν εκτοξευθεί στα ύψη τα τελευταία χρόνια. Και με πιο εξελιγμένα τηλεσκόπια που σαρώνουν τον ουρανό και βρίσκονται υπό ανάπτυξη, έχουμε καλύτερα εργαλεία από ποτέ για να κατανοήσουμε αυτούς τους μακρινούς κόσμους.

Για να αναζητήσουμε απαντήσεις στο πανάρχαιο ερώτημα “Είμαστε μόνοι μας;” με αυτά τα νέα εργαλεία, τι πρέπει να γνωρίζουμε;

“Δεν ξέρουμε πού να ψάξουμε ή τι να ψάξουμε αν δεν καταλάβουμε τι συνέβη στη Γη”, δήλωσε η Mary Voytek, διευθύντρια του προγράμματος αστροβιολογίας της NASA στην έδρα της υπηρεσίας στην Ουάσιγκτον.

Το ερώτημα της προέλευσης γίνεται γρήγορα ένα βαρύ φορτίο, οπότε ίσως είναι καλύτερο να το σπάσουμε σε κομμάτια. Ας ξεκινήσουμε με αυτά που γνωρίζουμε.

H ζωή στη Γη

Μεγάλο μέρος της έρευνας της NASA στον τομέα της αστροβιολογίας, που μελετά την προέλευση και τις απαιτήσεις της ζωής στο σύμπαν, ξεκινάει εδώ. στην πατρίδα μας. Και ξεκινάει από τη γέννηση του άστρου μας, του Ήλιου, μέσα σε ένα στροβιλιζόμενο νέφος αερίων και σκόνης.

Αυτό το νέφος περιείχε συστατικά απαραίτητα για τη ζωή, όπως άνθρακα, νερό, αμμωνία, μεθάνιο και άλλα δομικά στοιχεία – μόρια φτιαγμένα από στοιχεία που σφυρηλατήθηκαν κυρίως στις καρδιές προηγούμενων γενεών άστρων, των οποίων ο εκρηκτικός θάνατος σκόρπισε το περιεχόμενό τους στο σύμπαν.

Βλέποντας τα ίδια συστατικά σε μακρινές οικογένειες άστρων και πλανητών μπορούμε να τσεκάρουμε το πρώτο κουτάκι στον κατάλογο των κατοικήσιμων συνθηκών.

“Όλα ξεκίνησαν με το αστέρι”, δήλωσε ο Voytek. “Ο λόγος που κατέληξε με τη ζωή στη Γη βρίσκεται στις λεπτομέρειες: Πώς σχηματίστηκαν οι πλανήτες από τον περιστρεφόμενο δίσκο πυκνών αερίων που περιβάλλει ένα νεοσύστατο αστέρι, η σχέση με ολόκληρο το σύστημα – το αστέρι, οι άλλοι πλανήτες γύρω του – που έκανε τη Γη κατοικήσιμη και υποστήριξε την εμφάνιση και την εξέλιξη της ζωής”.

Επόμενο στον κατάλογο των συνθηκών που ευνοούν την κατοικησιμότητα: το πού κατέληξε η Γη μόλις σχηματίστηκε το ηλιακό μας σύστημα. Η Γη κατοικεί στην “κατοικήσιμη ζώνη”, την τροχιακή απόσταση από ένα άστρο που επιτρέπει τη συγκέντρωση υγρού νερού στην επιφάνεια ενός πλανήτη κάτω από μια κατάλληλη ατμόσφαιρα. Η ζωή στη Γη κατοικεί σε ένα συγκλονιστικά ευρύ φάσμα συνθηκών, από το βαθύ ψύχος μέχρι τις καυστικές, βραχώδεις λίμνες, αλλά όλες φαίνεται να απαιτούν υγρό νερό. Οι επιστήμονες αναμένουν ότι το νερό είναι απαραίτητο για τη ζωή και σε άλλους κόσμους.

Η Αφροδίτη, κατά τα άλλα δίδυμη με τη Γη σε μέγεθος και βραχώδη σύσταση, περιστρέφεται πολύ κοντά στον Ήλιο, ακριβώς μέσα στο εσωτερικό άκρο της κατοικήσιμης ζώνης. Στην επιφάνειά της, που είναι αρκετά θερμή ώστε να λιώνει ο μόλυβδος, το υγρό νερό αποκλείεται, αν και μπορεί να υπήρχε στο παρελθόν. Στη σημερινή επιφάνεια του Άρη, παγωμένη και εκτεθειμένη κάτω από τη λεπτότερη ατμόσφαιρα στο εξωτερικό άκρο της κατοικήσιμης ζώνης, η διατήρηση υγρού νερού είναι εξαιρετικά απίθανη.

Τα παγωμένα φεγγάρια του εξωτερικού ηλιακού συστήματος, με τους κρυμμένους ωκεανούς υγρού νερού, θα μπορούσαν επίσης να παρέχουν κατοικήσιμες συνθήκες – παρά το γεγονός ότι βρίσκονται πολύ έξω από την παραδοσιακή κατοικήσιμη ζώνη.

Dragonfly: Η πιο φιλόδοξη διαστημική αποστολή της NASA – Αναζητώντας ζωή στον αινιγματικό Τιτάνα του Κρόνου

Ενώ περιβάλλοντα παρόμοια με αυτά που συναντάμε στους πλανήτες και τα φεγγάρια μας θα μπορούσαν να επικρατούν σε συστήματα αλλού στον γαλαξία, ορισμένα – όπως τα δυνητικά κατοικήσιμα “εξωμόνια” – είναι πέρα από την εμβέλεια της σημερινής τεχνολογίας τηλεπισκόπησης. Έτσι, η κατοικήσιμη ζώνη και η πιθανότητα ύπαρξης επιφανειακού νερού αποτελούν στην καλύτερη περίπτωση έναν πρόχειρο οδηγό, που βοηθά τους αστρονόμους να ξεχωρίσουν την ποικιλία των εξωπλανητών για πιθανούς στόχους που μπορούν να φιλοξενήσουν ζωή.

Η σωστή χημεία

Οι επιστήμονες που ενδιαφέρονται γι’ αυτό το ερώτημα, καθώς και για την κατανόηση της προέλευσης της ζωής, εστιάζουν επίσης στα μόρια και τη χημεία. Πώς οι μικροσκοπικές αλληλεπιδράσεις σε μια ασταθή πρώιμη Γη, πριν από περίπου τέσσερα δισεκατομμύρια χρόνια, δημιούργησαν ένα πακέτο υλικών που καταναλώνουν ενέργεια και παράγουν απόβλητα, το οποίο θα ορίζαμε ως “ζωντανό”;

Οι επιστήμονες προσφέρουν πολλά πιθανά σενάρια για την εκκίνηση της ζωής, δήλωσε ο Betül Kaçar, καθηγητής στο Τμήμα Βακτηριολογίας του Πανεπιστημίου του Wisconsin-Madison. Ο Kaçar είναι επικεφαλής του Εργαστηρίου Μοριακής Παλαιοβιολογίας στο UW-Madison, καθώς και του προγράμματος της NASA Interdisciplinary Consortium for Astrobiology Research (ICAR), Metal Utilization and Selection across Eons (MUSE), το οποίο μελετά τον λεπτό χορό μεταξύ της εξέλιξης, της γεωχημείας και της βιολογίας της πρώιμης ζωής.

“Ίσως η ζωή ξεκίνησε μέσω της πρόσκρουσης κομήτη”, δήλωσε ο Kaçar. “Ή από την κρουστική σύνθεση, ή από υδροθερμικές πηγές. Αυτές είναι από τις πιο δημοφιλείς, μεγάλες ιδέες”.

Η ερευνητική της ομάδα ακολουθεί μια πειραματική προσέγγιση, εστιάζοντας εν μέρει στα ένζυμα – τις πρωτεΐνες που πυροδοτούν χημικές αντιδράσεις στα κύτταρά μας, γνωστές και ως μεταβολισμός, οι οποίες μπορούν να βοηθήσουν στην κατασκευή ή τη διάσπαση κυτταρικού υλικού.

“Ανασταίνουμε πολλαπλά σημαντικά ένζυμα για να εξερευνήσουμε αρχαία βιολογικά συστήματα που ουσιαστικά πηγαίνουν πίσω στη γέννηση αυτών των μεταβολικών καινοτομιών – πώς η ζωή έμαθε να χρησιμοποιεί ό,τι ήταν διαθέσιμο στο περιβάλλον της, συμπεριλαμβανομένης της ατμόσφαιρας, εξ αρχής”, δήλωσε η Kaçar. “Χρησιμοποιούμε το διαθέσιμο DNA για να αντιστρέψουμε το ρολόι και να πάμε δισεκατομμύρια χρόνια πίσω στο παρελθόν”.

Η Kaçar λέει ότι έχει επίσης δει μια στροφή τα τελευταία χρόνια στην έρευνα της αστροβιολογίας, προς τη διερεύνηση της συμπεριφοράς των αρχαίων συσσωματώσεων μορίων που θα μπορούσαν να θεωρηθούν ως όμοια με τη ζωή, αντί της απλής σύνθεσης των χημικών ενώσεων που σχετίζονται με την πρώιμη ζωή.

Αυτές θα μπορούσαν κάλλιστα να περιλαμβάνουν “πιο ακατάστατες” μορφές μορίων, δήλωσε ο Voytek – “πρωτομόρια”, ικανά να αποθηκεύουν πληροφορίες ή να καταλύουν αντιδράσεις, αλλά πολύ πιο πρωτόγονα και λιγότερο αποτελεσματικά από τα συγκριτικά αποδοτικά RNA και DNA που γνωρίζουμε σήμερα.

“Τα βλέπουμε αυτά σαν να μοιάζουν με ζωή, αλλά όχι ακριβώς με ζωή”, δήλωσε ο Voytek.

Οι Voytek και Kaçar βλέπουν και μια άλλη μετατόπιση: μια επέκταση της άποψής μας για την ιστορία της ζωής στη Γη που εκτείνεται από τον πυθμένα του βαθύ ωκεανού στις υδροθερμικές πηγές – μια βιώσιμη πιθανή οδό για την προέλευση της ζωής – μέχρι την πιθανή χημεία που δημιουργεί ζωή στην πρώτη επιφάνεια της γης. Τα συστατικά και οι λειτουργίες της ζωής θα μπορούσαν ακόμη και να έχουν προκύψει αποσπασματικά, σε διάφορους χρόνους και τόπους κατά τη διάρκεια εκατοντάδων εκατομμυρίων ετών, και μόνο αργότερα να ενωθούν για να σχηματίσουν αναγνωρίσιμους, ζωντανούς οργανισμούς.

Η χημεία σε όλο αυτό το φάσμα μπορεί να έχει πρόσβαση σε “μεγαλύτερη ποικιλία πηγών ενέργειας, ποικιλία ορυκτών, παρουσία κύκλων υγρασίας-ξηρότητας”, δήλωσε ο Kaçar. “Όταν πρόκειται για την προέλευση της ζωής, έχει να κάνει με την τοποθεσία, την τοποθεσία, την τοποθεσία, αλλά και τη χημεία”.

Τι μπορούμε να μάθουμε από άλλους πλανήτες

Εν τω μεταξύ, καθώς τα μάτια μας στο σύμπαν γίνονται όλο και πιο εξελιγμένα, το ίδιο συμβαίνει και με την ικανότητά μας να βρίσκουμε εξωπλανήτες και να μαθαίνουμε περισσότερα γι’ αυτούς.

Μέχρι στιγμής, τα τηλεσκόπια έχουν αποκαλύψει ότι οι εξωπλανήτες υπάρχουν σε πολλές εκδοχές, άλλοι βραχώδεις και άλλοι αέριοι. Περιλαμβάνουν “σούπερ-Γαίες”, που μπορεί να είναι ή να μην είναι βραχώδεις κόσμοι σε μεγέθυνση, και “μίνι-Ποσειδάνες”, μικρότερες εκδοχές του δικού μας Ποσειδώνα – δύο τύποι πλανητών που, αν και συνηθισμένοι στον γαλαξία, μας είναι παράξενοι επειδή δεν εμφανίζονται στο ηλιακό μας σύστημα. Προσθέστε στο θηριοτροφείο τους “καυτούς Δία” και “καυτούς Κρόνους”, σε στενές, καυτές τροχιές γύρω από τα άστρα τους, και τους πλανήτες-“αποστάτες” που αιωρούνται ελεύθερα στο διάστημα χωρίς μητρικό άστρο.

Οι ανθρώπινες γνώσεις για τους άλλους κόσμους συνεχίζουν να διαμορφώνονται βαθιά από τα ολοένα και ισχυρότερα διαστημικά τηλεσκόπια. Οι έρευνες του Kepler της NASA που έχει πλέον αποσυρθεί και του δορυφόρου Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) που εξακολουθεί να είναι ενεργός, μας έχουν βοηθήσει να ανακαλύψουμε πλανήτες, ενώ το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb έχει αρχίσει να παρέχει έναν χείμαρρο εικόνων και ατμοσφαιρικών δεδομένων. Το διαστημικό τηλεσκόπιο Roman, που αναμένεται να εκτοξευθεί το 2027, μπορεί να ανακαλύψει περίπου 100.000 ακόμη από αυτούς τους μακρινούς κόσμους, εκτός από τη δοκιμή νέας τεχνολογίας για την άμεση απεικόνιση εξωπλανητών.

Μελλοντικά, ακόμη πιο ισχυρά διαστημικά τηλεσκόπια θα μπορούσαν να αναζητήσουν στις ατμόσφαιρες των εξωπλανητών απευθείας σημάδια ζωής – αυτό που οι αστροβιολόγοι αποκαλούν βιοϋπογραφές.

Αλλά αν η Γη είναι το μοντέλο μας για την αναζήτηση ενδείξεων ζωής μεταξύ των εξωπλανητών, πρέπει να μάθουμε όχι μόνο πώς να ανιχνεύουμε βιοϋπογραφές από έναν πλανήτη που μοιάζει με τον σημερινό μας κόσμο. Πρέπει επίσης να προσπαθήσουμε να αναγνωρίσουμε σημάδια ζωής σε πλανήτες που μοιάζουν με το μακρινό παρελθόν της Γης, όταν οι συνθήκες ήταν πολύ διαφορετικές από τις σημερινές.

Ο Timothy Lyons, καθηγητής βιογεωχημείας στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στο Ρίβερσαϊντ, είναι επικεφαλής της Ομάδας Εναλλακτικών Γαιών, η οποία χρηματοδοτήθηκε προηγουμένως από το Ινστιτούτο Αστροβιολογίας της NASA και τώρα ως έργο του ICAR. Η ομάδα διερευνά πώς θα μπορούσε να φαινόταν η Γη σε έναν μακρινό παρατηρητή σε διάφορα σημεία της 4,5 δισεκατομμυρίων ετών ύπαρξής της.

“Η Γη είναι ο μόνος πλανήτης που γνωρίζουμε με ζωή”, δήλωσε ο Lyons. “Αλλά η Γη υπήρξε πολλοί διαφορετικοί πλανήτες κατά τη διάρκεια της ιστορίας της. Αυτοί είναι οι εναλλακτικοί πλανήτες της Γης”.

Θα μπορούσαμε να αναγνωρίσουμε μια ζωντανή Γη, για παράδειγμα, πριν το οξυγόνο αφθονεί αρκετά στην ατμόσφαιρα ώστε να ανιχνεύεται; Μορφές ζωής που δεν βασίζονταν στο οξυγόνο ευδοκίμησαν για δισεκατομμύρια χρόνια πριν μια ατμόσφαιρα με οξυγόνο καταγραφεί στα όργανα ενός παρατηρητή που βρισκόταν πολλά έτη φωτός μακριά. Και αφότου η ζωή άρχισε να παράγει οξυγόνο, η συσσώρευσή του στην ατμόσφαιρα ήταν πιθανότατα αρκετά χαμηλή ώστε να αποφεύγεται η ανίχνευση για δισεκατομμύρια χρόνια.

Είναι μάλιστα πιθανό, είπε, το οξυγόνο να παρέμενε μη ανιχνεύσιμο μέχρι ίσως και πριν από 800 εκατομμύρια χρόνια, πολύ μετά την πρώτη εμφάνιση σύνθετης ζωής -κύτταρα με κεντρικό πυρήνα- και περίπου την ίδια εποχή με την πρώτη ζωική ζωή.

Ένας από τους στόχους της ερευνητικής ομάδας του Lyons είναι να χρησιμοποιήσει χημικές μετρήσεις αρχαίων πετρωμάτων, τα οποία παρέχουν μια καταγραφή του παρελθόντος, καθώς και υπολογιστικά μοντέλα, για να δημιουργήσει ένα είδος καταλόγου με το προφίλ των αερίων των πολλών φάσεων της Γης. Χρησιμοποιώντας μια τέτοια πλατφόρμα, μπορούν να φανταστούν δυνατότητες σε μακρινούς πλανήτες, ακόμη και αν είναι πολύ διαφορετικές από οτιδήποτε υπάρχει στα αρχεία της Γης. Αν το Webb και τα μελλοντικά διαστημικά τηλεσκόπια καταγράψουν αντίστοιχα προφίλ στην ατμόσφαιρα ενός εξωπλανήτη, αυτό θα μπορούσε να είναι ένα ισχυρό σημάδι μιας “βιόσφαιρας” – ενός κόσμου που χαρακτηρίζεται από περιβαλλοντικές συνθήκες και αλλαγές που οδηγούν και καθοδηγούνται από κάποια μορφή ζωής.

“Ο απώτερος στόχος είναι να κατανοήσουμε πώς ένας πλανήτης μπορεί να αναπτύξει και να διατηρήσει μια ανιχνεύσιμη βιόσφαιρα – όχι μόνο για να γνωρίζουμε ότι [η ζωή] θα μπορούσε να υπάρχει, αλλά ότι υπάρχει”, δήλωσε ο Lyons. “Και ελπίζουμε ότι το έργο μας θα ενημερώσει τα σχέδια των νέων τηλεσκοπίων και τις ερμηνείες των πρώτων κυμάτων δεδομένων ατμοσφαιρικής σύστασης από πλανήτες σε κατοικήσιμες ζώνες”.

Οι μελλοντικοί ερευνητές θα πρέπει επίσης να αναγνωρίσουν τις μη βιολογικές διεργασίες που μπορεί να δώσουν αέρια που ερμηνεύουμε ως βιοσήματα. Η φωτοχημεία και ορισμένες ατμοσφαιρικές ιδιότητες θα μπορούσαν να παράγουν άφθονο οξυγόνο, για παράδειγμα, σε έναν πλανήτη χωρίς ζωή.

Μια τέτοια ολιστική θεώρηση των δυνατοτήτων για ζωή πέρα από τη Γη απαιτεί διεπιστημονικές ομάδες όπως αυτή των Lyons και Kaçar, στις οποίες συμμετέχουν βιολόγοι, γεωχημικοί, γεωλόγοι, ερευνητές εξωπλανητών και άλλοι.

“Είναι σχεδόν σαν ένας βιολόγος, ένας γεωλόγος και ένας αστρονόμος να μπαίνουν σε ένα μπαρ και να συμβαίνει η ζωή”, δήλωσε ο Kaçar. Ή μπορεί να παραγγείλουν ένα “smoothie”, λέει, ένα μείγμα πολλών επιστημονικών κλάδων για να σπάσουν τον κώδικα ανίχνευσης της ζωής – μεταξύ των γειτονικών μας πλανητών ή των εξωπλανητών που βρίσκονται διάσπαρτοι στον γαλαξία.

“Υπάρχει εκπληκτικό ενδιαφέρον αυτή τη στιγμή, περισσότερο από ό,τι έχω δει ποτέ, για την επιδίωξη αυτού του προβλήματος, ένας εκπληκτικός αριθμός φοιτητών”, είπε. “Είναι πραγματικά άγριο και απίστευτα εμπνευσμένο. Γι’ αυτό πιστεύω ότι είμαστε πολύ κοντά στην επίλυση του προβλήματος. Είναι πολύ διασκεδαστικό”.

• NASA
• εξωγήινη ζωή
• εξωγήινοι