Hogyan kutatnak a tudósok a földönkívüli élet után

2024 Szerző: Seth Attwood | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-16 16:07

Talán vannak más lakott világok is valahol az univerzumban. De amíg meg nem találtuk őket, a minimális program az, hogy bebizonyítsuk, hogy a Földön kívüli élet legalább valamilyen formában létezik. Mennyire vagyunk közel ehhez?

Az utóbbi időben egyre gyakrabban hallunk olyan felfedezésekről, amelyek "jelezhetik" a földönkívüli élet létezését. Csak 2020 szeptemberében vált ismertté a foszfingáz felfedezése a Vénuszon - a mikrobiális élet lehetséges jele - és a Marson található sóstavakról, ahol mikrobák is előfordulhatnak.

Ám az elmúlt 150 év során az űrkutatók nem egyszer hagyták el a vágyálomokat. A fő kérdésre még mindig nincs megbízható válasz. Vagy mégis van, de a tudósok megszokásból óvatosak?

Teleszkóp vonalak

Az 1870-es években Giovanni Schiaparelli olasz csillagász hosszú, vékony vonalakat látott a Mars felszínén egy teleszkópon keresztül, és "csatornáknak" nyilvánította őket. A felfedezéséről szóló könyvnek egyértelműen "Élet a Mars bolygón" címet adta. "Nehéz nem látni a Marson a földi tájunkhoz hasonló képeket" - írta.

Az olaszban a canali szó természetes és mesterséges csatornákat is jelentett (maga a tudós nem volt biztos ezek természetében), de lefordítva elvesztette ezt a kétértelműséget. Schiaparelli követői már egyértelműen kifejtették a zord marsi civilizációt, amely a száraz éghajlaton óriási öntözőlétesítményeket hozott létre.

Lenin, aki 1908-ban olvasta Percival Lowell "Mars és csatornái" című könyvét, ezt írta: "Tudományos munka. Bizonyítja, hogy a Mars lakott, hogy a csatornák a technológia csodái, hogy az ott élő embereknek 2/3-szor nagyobbaknak kell lenniük, mint a helyiek, ráadásul törzsűek, tollal vagy állatbőrrel borítva, négy-hat lábbal.

N … igen, szerzőnk megcsalt minket, a marsi szépségeket hiányosan írja le, a recept szerint kell lennie: "Az alacsony igazságok sötétsége kedvesebb nekünk, mint a csalárdság". Lowell milliomos és egykori diplomata volt. Szerette a csillagászatot, és saját pénzéből megépítette Amerika egyik legfejlettebb csillagvizsgálóját. Lowellnek köszönhető, hogy a marsi élet témája a világ legnagyobb lapjainak címlapjára került.

Igaz, már a 19. század végén sok kutató kételkedett a „csatornák” megnyitásával kapcsolatban. A megfigyelések folyamatosan eltérő eredményeket hoztak – még Schiaparelli és Loeull esetében is eltértek a lapok. 1907-ben Alfred Wallace biológus bebizonyította, hogy a Mars felszínének hőmérséklete sokkal alacsonyabb, mint azt Lowell feltételezte, és a légköri nyomás túl alacsony ahhoz, hogy a víz folyékony formában létezzen.

A „Mariner-9” bolygóközi állomás, amely az 1970-es években az űrből fényképezte a bolygót, véget vetett a csatornák történetének: a „csatornák” optikai csalódásnak bizonyultak.

A 20. század második fele óta a magasan szervezett élet megtalálásának reménye csökkent. Űrhajókkal végzett vizsgálatok kimutatták, hogy a közeli bolygókon a körülmények meg sem közelítenek a földihez: túl erős hőmérséklet-esések, oxigénjelek nélküli légkör, erős szél és óriási nyomás.

Másrészt a földi élet fejlődésének tanulmányozása felkeltette az érdeklődést az űrben zajló hasonló folyamatok keresése iránt. Végül is még mindig nem tudjuk, hogyan és minek köszönhetően, elvileg keletkezett az élet.

Az elmúlt években számos ilyen irányú esemény történt. A fő érdeklődés a víz, a szerves vegyületek, amelyekből fehérje életformák képződhet, valamint a biosignature-ek (az élőlények által termelt anyagok) és a meteoritokban található baktériumnyomok felkutatása.

Folyadékálló

A víz jelenléte előfeltétele az általunk ismert élet létezésének. A víz oldószerként és katalizátorként működik bizonyos típusú fehérjék számára. Ideális közeg a kémiai reakciókhoz és a tápanyagok szállításához is. Ráadásul a víz elnyeli az infravörös sugárzást, így képes megtartani a hőt – ez a világítótesttől meglehetősen távol eső hideg égitesteknél fontos.

A megfigyelési adatok azt mutatják, hogy szilárd, folyékony vagy gáz halmazállapotú víz létezik a Merkúr pólusain, a meteoritok és üstökösök belsejében, valamint a Jupiteren, a Szaturnuszon, az Uránuszon és a Neptunuszon. A tudósok azt is felvetették, hogy a Jupiter Europa, Ganymedes és Callisto holdjain hatalmas, folyékony vízből álló óceánok találhatók. Megtalálták ilyen vagy olyan formában a csillagközi gázokban, sőt olyan hihetetlen helyeken is, mint a csillagok fotoszférája.

A víznyomok tanulmányozása azonban csak akkor lehet ígéretes az asztrobiológusok (a földönkívüli biológia szakemberei) számára, ha más megfelelő körülmények is vannak. Például a hőmérséklet, a nyomás és a kémiai összetétel ugyanazon a Szaturnuszon és a Jupiteren túl szélsőséges és változékony ahhoz, hogy az élő szervezetek alkalmazkodjanak hozzájuk.

A másik dolog a közelünkben lévő bolygók. Még ha ma is vendégszeretőnek tűnnek, kis oázisok maradhatnak rajtuk, "a hajdani luxus maradványaival".

2002-ben a Mars Odyssey keringő vízjég lerakódásokat fedezett fel a Mars felszíne alatt. Hat évvel később a Phoenix szonda megerősítette elődje eredményeit, és folyékony vizet nyert a pólusból származó jégmintából.

Ez összhangban volt azzal az elmélettel, hogy folyékony víz volt jelen a Marson a közelmúltban (csillagászati mércével mérve). Egyes források szerint "csak" 3,5 milliárd éve esett az eső a Vörös Bolygón, mások szerint - akár 1,25 millió éve.

Rögtön azonban akadályba ütközött: a Mars felszínén lévő víz nem létezhet folyékony állapotban. Alacsony légköri nyomáson azonnal forrni kezd és elpárolog – vagy megfagy. Ezért a bolygó felszínén lévő ismert víz nagy része jég állapotában van. Remény volt, hogy a legérdekesebb a felszín alatt történik. Így merült fel a Mars alatti sós tavak hipotézise. És éppen a minap kapott megerősítést.

Az Olasz Űrügynökség tudósai a Mars egyik pólusán négy folyékony vizű tóból álló rendszert fedeztek fel, amelyek több mint 1,5 kilométeres mélységben helyezkednek el. A felfedezés rádiószondázási adatok felhasználásával történt: a készülék rádióhullámokat irányít a bolygó belsejébe, a tudósok pedig azok visszaverődése alapján határozzák meg annak összetételét és szerkezetét.

Egy egész tórendszer létezése a mű szerzői szerint arra utal, hogy ez egy hétköznapi jelenség a Marson.

A marsi tavakban található sók pontos fajlagos koncentrációja, valamint összetételük még nem ismert. A Mars-program tudományos igazgatója, Roberto Orosei szerint nagyon erős, "tíz százalékos" sótartalmú megoldásokról beszélünk.

Vannak halofil mikrobák a Földön, amelyek szeretik a magas sótartalmat – magyarázza Elizaveta Bonch-Osmolovskaya mikrobiológus. Olyan anyagokat bocsátanak ki, amelyek segítenek fenntartani a víz-elektromos egyensúlyt és védik a sejtstruktúrákat. De még a rendkívül sós földalatti tavakban (brins), amelyek koncentrációja eléri a 30% -ot, kevés ilyen mikroba található.

Orosei szerint a Marsi tavakban megmaradhattak olyan életformák nyomai, amelyek akkor léteztek, amikor melegebb éghajlat és víz volt a bolygó felszínén, és a körülmények a korai Földhöz hasonlítottak.

De van még egy akadály: maga a víz összetétele. A marsi talaj gazdag perklorátokban - a perklórsav sóiban. A perklorát oldatok lényegesen alacsonyabb hőmérsékleten fagynak meg, mint a közönséges vagy akár a tengervíz. De a probléma az, hogy a perklorátok aktív oxidálószerek. Elősegítik a szerves molekulák lebomlását, ami azt jelenti, hogy károsak a mikrobákra.

Talán alábecsüljük az élet azon képességét, hogy alkalmazkodni tudjon a legzordabb körülményekhez. De ennek bizonyításához legalább egy élő sejtet kell találnia.

"Téglák" tüzelés nélkül

A Földön élő életformák nem képzelhetők el széntartalmú összetett szerves molekulák nélkül. Minden szénatom egyidejűleg akár négy kötést is létrehozhat más atomokkal, ami óriási mennyiségű vegyületet eredményez. A szén "csontváz" minden szerves anyag alapjában jelen van - beleértve a fehérjéket, poliszacharidokat és nukleinsavakat is, amelyeket az élet legfontosabb "építőköveinek" tartanak.

A pánspermia hipotézis éppen azt állítja, hogy az élet a legegyszerűbb formáiban az űrből érkezett a Földre. Valahol a csillagközi térben olyan körülmények alakultak ki, amelyek lehetővé tették az összetett molekulák összeállítását.

Talán nem sejt formájában, hanem egyfajta protogenom formájában - olyan nukleotidok formájában, amelyek a legegyszerűbb módon képesek reprodukálni és kódolni a molekula túléléséhez szükséges információkat.

50 évvel ezelőtt jelent meg először az ilyen következtetések alapja. Uracil és xantin molekulákat találtak a Marchison meteoritban, amely 1969-ben esett Ausztráliában. Ezek olyan nitrogéntartalmú bázisok, amelyek képesek nukleotidok képzésére, amelyekből már nukleinsav polimerek - DNS és RNS - épülnek fel.

A tudósok feladata az volt, hogy megállapítsák, vajon ezek a leletek a földi szennyezés következményei, az esés után, vagy földönkívüli eredetűek. 2008-ban pedig radiokarbon módszerrel sikerült megállapítani, hogy az uracil és a xantin valóban keletkezett, mielőtt a meteorit a Földre esett.

Most Marchisonban és hasonló meteoritokban (ezeket széntartalmú kondritoknak nevezik) a tudósok mindenféle bázist találtak, amelyből a DNS és az RNS is felépül: összetett cukrok, köztük ribóz és dezoxiribóz, különféle aminosavak, köztük esszenciális zsírsavak. Ezenkívül vannak arra utaló jelek, hogy a szerves anyagok közvetlenül a térben képződnek.

2016-ban a Gerasimenko üstökös farkában az Európai Űrügynökség Rosetta apparátusa segítségével a legegyszerűbb aminosav - glicin -, valamint az élet keletkezésének is fontos komponensének számító foszfor nyomait találták. -Csurjumov.

De az ilyen felfedezések inkább azt sugallják, hogyan hozhatták életet a Földre. Még mindig nem világos, hogy képes-e túlélni és fejlődni hosszú ideig a földi körülmények között. „Nagy molekulák, összetett molekulák, amelyeket minden választási lehetőség nélkül szervesnek minősítenénk a Földön, szintetizálhatók az űrben élőlények részvétele nélkül” – mondja Dmitrij Vibe csillagász. „Tudjuk, hogy csillagközi szerves anyag került a Naprendszerbe, ill. De aztán valami más történt vele – az izotópösszetétel és a szimmetria megváltozott.

Nyomok a légkörben

Az élet keresésének másik ígéretes módja a biosignatures vagy biomarker. Ezek olyan anyagok, amelyek jelenléte a bolygó légkörében vagy talajában határozottan jelzi az élet jelenlétét. Például sok oxigén van a Föld légkörében, ami a növények és zöldalgák részvételével zajló fotoszintézis eredményeként jön létre. Sok metánt és szén-dioxidot is tartalmaz, amelyeket a baktériumok és más élőlények termelnek a légzés során zajló gázcsere során.

De ha metán vagy oxigén nyomait találjuk a légkörben (valamint a vízben), még nem lehet pezsgőt nyitni. Például a metán csillagszerű objektumok – barna törpék – légkörében is megtalálható.

És oxigén képződhet a vízgőznek az erős ultraibolya sugárzás hatására történő felhasadásakor. Ilyen körülmények figyelhetők meg a GJ 1132b exobolygón, ahol a hőmérséklet eléri a 230 Celsius fokot. Az élet ilyen körülmények között lehetetlen.

Ahhoz, hogy egy gázt bioszignációnak lehessen tekinteni, bizonyítani kell biogén eredetét, vagyis pontosan az élőlények tevékenysége eredményeként kell kialakulnia. A gázok ilyen eredetét jelzi például a légkörben való változékonyságuk. A megfigyelések azt mutatják, hogy a Földön a metán szintje az évszaknak megfelelően ingadozik (és az élőlények tevékenysége az évszaktól függ).

Ha egy másik bolygón a metán eltűnik a légkörből, akkor megjelenik (és ez pl. egy év alatt rögzíthető), az azt jelenti, hogy valaki kibocsátja.

Ismét kiderült, hogy a Mars az "élő" metán egyik lehetséges forrása. Ennek első jeleit a talajban a Viking program eszközei tárták fel, amelyeket még az 1970-es években küldtek a bolygóra - éppen szervesanyag-kutatási céllal. A felfedezett metánmolekulákat klórral kombinálva kezdetben bizonyítéknak tekintették. 2010-ben azonban számos kutató felülvizsgálta ezt a nézőpontot.

Megállapították, hogy a marsi talajban általunk már ismert perklorátok hevítéskor elpusztítják a szerves anyagok nagy részét. A vikingek mintáit pedig felmelegítették.

A Mars légkörében először 2003-ban fedezték fel a metán nyomait. A lelet azonnal felélénkítette a Mars lakhatóságáról szóló beszélgetéseket. A helyzet az, hogy ennek a gáznak a légkörben jelentős mennyisége nem tartana sokáig, hanem az ultraibolya sugárzás hatására elpusztulna. És ha a metán nem bomlik le, a tudósok arra a következtetésre jutottak, hogy ennek a gáznak állandó forrása van a Vörös Bolygón. A tudósok azonban nem bíztak benne: a kapott adatok nem zárták ki, hogy a talált metán ugyanaz a "szennyezés" volt.

A Curiosity rover 2019-es megfigyelései azonban abnormálisan emelkedett a metánszintben. Sőt, kiderült, hogy most a koncentrációja háromszorosa a 2013-ban mért gázszintnek. És ekkor még titokzatosabb dolog történt: a metán koncentrációja ismét háttérértékekre esett.

A metán-rejtvényre még mindig nincs egyértelmű válasz. Egyes verziók szerint a rover egy kráter alján helyezkedhet el, amelyben földalatti metánforrás található, és kibocsátása a bolygó tektonikus tevékenységéhez kapcsolódik.

A biológiai aláírások azonban meglehetősen nem nyilvánvalóak lehetnek. Például 2020 szeptemberében a Cardiffi Egyetem csapata foszfingáz nyomait észlelte a Vénuszon, egy speciális foszforvegyületen, amely részt vesz az anaerob baktériumok anyagcseréjében.

2019-ben számítógépes szimulációk kimutatták, hogy a szilárd maggal rendelkező bolygókon foszfin csak az élő szervezetek tevékenységének eredményeként képződik. A Vénuszon talált foszfin mennyisége pedig amellett szólt, hogy ez nem hiba vagy véletlen szennyeződés.

De számos tudós szkeptikus a felfedezéssel kapcsolatban. Matthew Pasek asztrobiológus és a csökkentett foszforállapotok szakértője felvetette, hogy létezik néhány egzotikus folyamat, amelyet a számítógépes szimulációk nem vettek figyelembe. Ő játszhatott a Vénuszon. Pasek hozzátette, hogy a tudósok még mindig nem biztosak abban, hogy a földi élet hogyan állítja elő a foszfint, és azt, hogy egyáltalán az élőlények termelik-e.

Kőbe temetve

Az élet másik lehetséges jele, amelyet ismét a Marshoz kötnek, az élőlények maradványaihoz hasonló furcsa struktúrák jelenléte a bolygóról származó mintákban. Ezek közé tartozik az ALH84001 marsi meteorit. Körülbelül 13 000 évvel ezelőtt repült a Marsról, és 1984-ben találták meg az Antarktiszon az Antarktiszon található Allan Hills (ALH az Allan Hills) körül motoros szánokkal közlekedő geológusok.

Ennek a meteoritnak két jellemzője van. Először is, egy minta kőzetekből ugyanannak a "nedves Marsnak" a korszakából, vagyis abból az időből, amikor víz lehetett rajta. A második - furcsa struktúrákat találtak benne, amelyek megkövesedett biológiai tárgyakra emlékeztetnek. Sőt, kiderült, hogy nyomokban szerves anyagot tartalmaznak! Ezeknek a "megkövesedett baktériumoknak" azonban semmi közük a földi mikroorganizmusokhoz.

Túl kicsik minden földi sejtélethez. Lehetséges azonban, hogy az ilyen struktúrák az élet elődjeire mutatnak. 1996-ban David McKay, a NASA Johnson Központjának munkatársa és munkatársai úgynevezett pszeudomorfokat találtak egy meteoritban – szokatlan kristályos szerkezeteket, amelyek (ebben az esetben) egy biológiai test alakját utánozzák.

Nem sokkal az 1996-os bejelentés után Timothy Swindle, az Arizonai Egyetem bolygókutatója informális felmérést végzett több mint 100 tudós részvételével, hogy megtudja, hogyan vélekedik a tudományos közösség az állításokról.

Sok tudós szkeptikus volt a McKay-csoport állításaival kapcsolatban. Különösképpen számos kutató érvelt azzal, hogy ezek a zárványok vulkáni folyamatok eredményeként keletkezhetnek. Egy másik kifogás a szerkezetek igen kicsi (nanométeres) méreteihez kapcsolódott. A támogatók azonban kifogásolták ezt, hogy nanobaktériumokat találtak a Földön. Van egy munka, amely megmutatja, hogy a modern nanobaktériumok alapvetően megkülönböztethetetlenek az ALH84001-ből származó tárgyaktól.

A vita ugyanazon okból akadt el, mint a vénuszi foszfin esetében: még mindig kevés fogalmunk van arról, hogyan jönnek létre az ilyen struktúrák. Senki sem tudja garantálni, hogy a hasonlóság nem véletlen. Sőt, a Földön vannak olyan kristályok, mint például a kerit, amelyeket nehéz megkülönböztetni még a közönséges mikrobák "megkövesedett" maradványaitól is (nem beszélve a rosszul tanulmányozott nanobaktériumokról).

A földönkívüli élet keresése olyan, mintha a saját árnyékod után futnál. Úgy tűnik, a válasz előttünk van, csak közelebb kell mennünk. De elköltözik, új bonyodalmakra és fenntartásokra tesz szert. A tudomány így működik – a „hamis pozitívumok” kiiktatásával. Mi van, ha a spektrális analízis meghibásodik? Mi van, ha a metán a Marson csak helyi anomália? Mi van, ha a baktériumoknak tűnő szerkezetek csak a természet játékai? Minden kétséget nem lehet teljesen kizárni.

Nagyon valószínű, hogy az Univerzumban folyamatosan megjelennek az élet kitörései - itt-ott. És mi, távcsöveinkkel és spektrométereinkkel mindig elkésünk egy randevúról. Vagy éppen ellenkezőleg, túl korán érkezünk. De ha hiszel a kopernikuszi elvben, amely szerint az Univerzum egésze homogén, és a földi folyamatoknak valahol máshol kell végbemenniük, akkor előbb-utóbb keresztezzük egymást. Ez idő és technológia kérdése.