АСТРОБИОЛОГИЯ: ИСТОРИЯ, ОБЕКТ НА ИЗСЛЕДВАНЕ И ЗНАЧЕНИЕ - БИОЛОГИЯ - 2025

В Астробиология или exobiology е клон на биологията, която се занимава с произхода, разпространението и динамиката на живота в контекста на двете нашата планета, като цялата вселена. Тогава бихме могли да кажем, че като наука астробиологията е към Вселената, каква е биологията за планетата Земя.

Поради широкия спектър на действие на астробиологията в него се сближават и други науки като: физика, химия, астрономия, молекулярна биология, биофизика, биохимия, космология, геология, математика, изчислителна техника, социология, антропология, археология и др.

Фигура 1. Художествена интерпретация на връзката между живота и космическото изследване. Източник: НАСА / Cheryse Triano

Астробиологията възприема живота като явление, което би могло да бъде „универсално“. Той се занимава с техните възможни контексти или сценарии; изискванията и минималните му условия; участващите процеси; разширяващите се процеси; сред другите теми. Не се ограничава до интелигентен живот, но изследва всеки възможен тип живот.

История на астробиологията

Историята на астробиологията може би датира от началото на човечеството като вид и способността му да се пита за космоса и живота на нашата планета. Оттам възникват първите видения и обяснения, които все още присъстват в митовете на много народи днес.

Аристотеловата визия

Аристотеловата визия считала Слънцето, Луната, останалите планети и звезди, като съвършени сфери, които ни обикаляли, правейки концентрични кръгове около нас.

Тази визия представляваше геоцентричния модел на Вселената и беше концепцията, която беляза човечеството през Средновековието. Вероятно не би могъл да има смисъл по това време, въпросът за съществуването на "жители" извън нашата планета.

Коперничанският изглед

През Средновековието Николас Коперник предложи своя хелиоцентричен модел, който постави Земята като още една планета, въртяща се около слънцето.

Този подход дълбоко се отрази на начина на поглед към останалата част на Вселената и дори на поглед към себе си, тъй като ни постави на място, което може би не беше толкова „специално“, както си мислехме. Тогава възможността за съществуване на други планети, подобни на нашата и с нея на живот, различен от този, който познаваме.

Фигура 2. Хелиоцентричната система на Коперник. Източник: Публично достояние, чрез Wikimedia Commons

Първи идеи за извънземен живот

Френският писател и философ, Бернар Льо Бовие де Фонтенел, в края на 17 век вече предложи животът да може да съществува и на други планети.

В средата на 18 век много от учените, свързани с Просвещението, писаха за извънземен живот. Дори водещи астрономи от онова време като Райт, Кант, Ламбърт и Хершел предполагаха, че могат да се обитават планети, луни и дори комети.

Така започна деветнадесети век с мнозинство от академични учени, философи и теолози, споделящи вярата в съществуването на извънземен живот на почти всички планети. По онова време това се смяташе за стабилно предположение, основано на нарастващо научно разбиране за Космоса.

Преодолимите разлики между небесните тела на Слънчевата система (по отношение на техния химичен състав, атмосфера, гравитация, светлина и топлина) бяха игнорирани.

Въпреки това, с увеличаването на силата на телескопите и с появата на спектроскопия, астрономите успяха да започнат да разбират химията на близките планетарни атмосфери. По този начин може да се изключи, че близките планети са били обитавани от организми, подобни на земните.

Обект на изучаване на астробиологията

Астробиологията се фокусира върху изучаването на следните основни въпроси:

• Какво е живот?
• Как възникна животът на Земята?
• Как се развива и развива животът?
• Има ли живот другаде във Вселената?
• Какво е бъдещето на живота на Земята и на други места във Вселената, ако съществува?

От тези въпроси възникват много други, всички свързани с обекта на изучаване на астробиологията.

Марс като модел за проучване и космически изследвания

Червената планета, Марс, е последният бастион от хипотези за извънземен живот в Слънчевата система. Идеята за съществуването на живот на тази планета първоначално идва от наблюдения, направени от астрономите в края на 19 и началото на 20 век.

Те твърдяха, че маркировките на повърхността на Марсиан всъщност са канали, изградени от популация от интелигентни организми. Тези модели сега се считат за продукт на вятъра.

Мисиите

Космическите сонди на Маринер илюстрират космическата епоха, започнала в края на 50-те години на миналия век. по този начин изключва твърденията за многоклетъчни и лесно разпознаваеми форми на извънземен живот в Слънчевата система.

През 1964 г. мисията на НАСА „Маринър 4“ изпраща първите близки снимки на повърхността на Марсиан, показващи основно пустинна планета.

Последвалите мисии до Марс и външните планети обаче позволиха подробен оглед на тези тела и техните луни и особено в случая с Марс, частично разбиране на ранната им история.

В различни извънземни условия учените откриват среди, които не са много различни от обитаемите среди на Земята.

Най-важното заключение на тези първи космически мисии беше замяната на спекулативните предположения с химически и биологични доказателства, което позволява обективното му проучване и анализ.

Има ли живот на Марс? Мисията

На първо място резултатите от мисиите „Маринър“ подкрепят хипотезата за несъществуването на живот на Марс. Трябва обаче да вземем предвид, че се търсеше макроскопичен живот. Последвалите мисии поставят под съмнение липсата на микроскопичен живот.

Фигура 3. Орбитална и земна сонда на мисията на викингите. Източник: Дон Дейвис, чрез Wikimedia Commons

Например, от трите експеримента, предназначени за откриване на живот, проведени от наземната сонда на мисията Викинг, два бяха положителни и един отрицателен.

Въпреки това, повечето учени, участващи в експериментите със сондата на викингите, са съгласни, че няма данни за бактериален живот на Марс и резултатите са официално неубедителни.

Фигура 4. Сонда за кацане (Ландър) на мисията Викинг. Източник: NASA / JPL-Caltech / University of Arizona, via Wikimedia Commons

мисии

След противоречивите резултати от мисиите на викингите, Европейската космическа агенция (ESA) стартира мисията Mars Express през 2003 г., специално предназначена за екзобиологични и геохимични проучвания.

Тази мисия включва сонда, наречена Бийгъл 2 (омонимичен на кораба, на който Чарлз Дарвин пътува), предназначена да търси знаци на живот на плитката повърхност на Марс.

За съжаление тази сонда загуби контакт със Земята и не можа да изпълни мисията си задоволително. Подобна съдба имаше и сондата на НАСА „Марс полярна земя“ през 1999 г.

Мисия

След тези неуспешни опити, през май 2008 г., мисията на НАСА Феникс достигна Марс, постигайки изключителни резултати само за 5 месеца. Основните му изследователски цели бяха екзобиологични, климатични и геоложки.

Тази сонда бе в състояние да демонстрира съществуването на:

• Сняг в атмосферата на Марс.
• Вода под формата на лед под горните слоеве на тази планета.
• Основни почви с рН между 8 и 9 (поне в района, близък до спускането).
• Течна вода на повърхността на Марс в миналото

Проучването на Марс продължава

Изследването на Марс продължава и днес, с високотехнологични роботизирани инструменти. Мисиите на Rovers (MER-A и MER-B) предоставиха впечатляващи доказателства, че на Марс е имало водна активност.

Например са открити данни за прясна вода, кипящи извори, плътна атмосфера и активен воден цикъл.

Фигура 5. Чертеж на Rover MER-B (Възможност) на повърхността на Марс. Източник: NASA / JPL / Cornell University, Maas Digital LLC, чрез Wikimedia Commons

На Марс са получени доказателства, че някои скали са били формовани в присъствието на течна вода, като Jarosite, открит от Rover MER-B (Opportunity), който е бил активен от 2004 до 2018 година.

Rover MER-A (Curiosity) измерва сезонните колебания на метана, което винаги е било свързано с биологичната активност (данни, публикувани през 2018 г. в списанието Science). Той също така е открил органични молекули като тиофен, бензен, толуен, пропан и бутан.

Фигура 6. Сезонно колебание на нивата на метан на Марс, измерено с Rover MER-A (Любопитство). Източник: НАСА / JPL-Caltech

На Марс имаше вода

Въпреки че повърхността на Марс в момента е негостоприемна, има ясни доказателства, че в далечното минало марсианският климат е позволил на повърхността да се натрупва течна вода, основна съставка за живота, каквато я познаваме.

Данните на Rover MER-A (Curiosity) разкриват, че преди милиарди години езеро в кратера Гале съдържало всички необходими за живота съставки, включително химически компоненти и източници на енергия.

Марсиански метеорити

Някои изследователи смятат марсианските метеорити за добри източници на информация за планетата, дори предполагат, че има естествени органични молекули и дори микрофосили на бактерии. Тези подходи са предмет на научен дебат.

Фигура 7. Микроскопичен изглед на вътрешната структура на метеорита ALH84001, показващ структури, подобни на бацилите. Източник: НАСА, чрез Wikimedia Commons

Тези метеорити от Марс са много редки и представляват единствените пряко анализируеми проби на червената планета.

Панспермия, метеорити и комети

Една от хипотезите, която благоприятства изучаването на метеорити (а също и комети), се нарича панспермия. Това се състои в предположението, че в миналото колонизацията на Земята е настъпила от микроорганизми, влизащи вътре в тези метеорити.

Днес има и хипотези, които предполагат, че земната вода е идвала от комети, които са бомбардирали нашата планета в миналото. Освен това се смята, че тези комети може да са донесли със себе си първични молекули, което е позволило развитието на живота или дори вече развития живот, настанен вътре в тях.

Наскоро, през септември 2017 г., Европейската космическа агенция (ESA) успешно завърши мисията Росета, стартирана през 2004 г. Тази мисия се състоеше в проучването на комета 67P / Churyumov-Gerasimenko с сондата Philae, която я достигна и обиколи, за да след това се спуснете. Резултатите от тази мисия все още се изучават.

Значение на астробиологията

Парадоксът на Ферми

Може да се каже, че първоначалният въпрос, който мотивира изучаването на Аастробиологията, е: Сами ли сме във Вселената?

Само в Млечния път има стотици милиарди звездни системи. Този факт, съчетан с епохата на Вселената, предполага, че животът трябва да бъде често срещано явление в нашата галактика.

Около тази тема е известен въпросът, зададен от носителя на Нобелова награда физик Енрико Ферми: „Къде е всеки?“, Който той зададе в контекста на обяд, където беше обсъден фактът, че галактиката трябва да бъде пълна. на живота.

Въпросът в крайна сметка породи Парадокса, който носи неговото име и който е посочен по следния начин:

Програмата SETI и търсенето на извънземно разузнаване

Един възможен отговор на парадокса на Ферми би могъл да бъде, че цивилизациите, за които мислим, всъщност са там, но не сме ги търсили.

През 1960 г. Франк Дрейк заедно с други астрономи стартира програма за търсене на извънземно разузнаване (SETI).

Тази програма положи съвместни усилия с НАСА в търсенето на признаци на извънземен живот, като радио и микровълнови сигнали. Въпросите как и къде да търсят тези сигнали доведоха до голям напредък в много отрасли на науката.

Фигура 8. Радио телескоп, използван от SETI в Аресибо, Пуерто Рико. Източник: JidoBG, от Wikimedia Commons

През 1993 г. Конгресът на САЩ отмени финансирането на НАСА за тази цел в резултат на погрешни схващания за смисъла на това, което предполага търсенето. Днес проектът SETI се финансира с частни средства.

Проектът SETI дори породи холивудски филми като „Контакт“, с участието на актрисата Джоди Фостър и вдъхновен от едноименния роман, написан от световноизвестния астроном Карл Сагън.

Уравнение на Дрейк

Франк Дрейк е преценил броя на цивилизациите с комуникационни умения, използвайки израза, който носи неговото име:

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

Където N представлява броя на цивилизациите със способността да общуват със Земята и се изразява като функция на други променливи като:

• R *: скоростта на образуване на звезди, подобни на нашето Слънце
• f _p: фракцията на тези звездни системи с планети
• n _e: броят на планетите, подобни на Земята, за планетарна система
• f _l: частта от тези планети, където се развива животът
• f _i: фракцията, в която възниква интелигентността
• f _c: фракцията на общуващи планети
• L: продължителността на живота на тези цивилизации.

Дрейк формулира това уравнение като инструмент за „оразмеряване“ на проблема, а не като елемент за извършване на конкретни оценки, тъй като много от неговите термини са изключително трудни за оценка. Съществува обаче консенсус, че броят, който е склонен да хвърли, е голям.

Нови сценарии

Трябва да отбележим, че когато формулирано уравнението на Дрейк, имаше много малко доказателства за планети и луни извън нашата Слънчева система (екзопланети). Именно през 90-те се появяват първите доказателства за екзопланети.

Фигура 9. Телескоп Кеплер. Източник: НАСА, чрез Wikimedia Commons

Например, мисията на Kepler на НАСА откри 3538 кандидати за екзопланета, от които поне 1000 се считат за „обитаема зона“ на разглежданата система (разстояние, което позволява съществуването на течна вода).

Астробиология и проучване на краищата на Земята

Едно от достойнствата на астробиологията е, че тя е вдъхновила до голяма степен желанието да изследваме собствената си планета. Това с надеждата да разберем по аналогия работата на живота в други условия.

Например, изследването на хидротермалните отвори на океанското дъно ни позволи да наблюдаваме за първи път живот, който не е свързан с фотосинтезата. Тоест, тези изследвания ни показаха, че може да има системи, в които животът не зависи от слънчевата светлина, които винаги са се считали за задължително изискване.

Това ни позволява да предположим възможни сценарии за живот на планети, където може да се намери течна вода, но под дебели слоеве лед, което би предотвратило пристигането на светлина за организмите.

Друг пример е проучването на сухите долини на Антарктида. Там те са получили фотосинтетични бактерии, които оцеляват приютени в скалите (ендолитични бактерии).

В този случай скалата служи и като опора, и като защита срещу неблагоприятните условия на мястото. Тази стратегия е открита и в солени апартаменти и горещи извори.

Фигура 10. Сухите долини на Макмурдо в Антарктида, едно от местата на Земята, най-подобни на Марс. Източник: Държавен департамент на САЩ от Съединените щати, чрез Wikimedia Commons

Перспективи на астробиологията

Научното търсене на извънземен живот досега е неуспешно. Но тя става все по-сложна, тъй като астробиологичните изследвания произвеждат нови прозрения. Следващото десетилетие на астробиологичното проучване ще види:

• По-големи усилия за изследване на Марс и ледените луни на Юпитер и Сатурн.
• Безпрецедентна способност за наблюдение и анализ на екстрасоларни планети.
• По-голям потенциал за проектиране и изучаване на по-прости форми на живот в лабораторията.

Всички тези постижения несъмнено ще увеличат вероятността да намерим живот на планети, подобни на Земята. Но може би извънземният живот не съществува или е толкова разпръснат из галактиката, че почти нямаме шанс да го намерим.

Дори последният сценарий да е верен, изследванията в астробиологията все повече разширяват нашата перспектива за живота на Земята и нейното място във Вселената.

Препратки

1. Chela-Flores, J. (1985). Еволюцията като колективно явление. Списание за теоретична биология, 117 (1), 107-118. doi: 10.1016 / s0022-5193 (85) 80166-1
2. Eigenbrode, JL, Призове, RE, Steele, A., Freissinet, C., Millan, M., Navarro-González, R.,… Coll, P. (2018). Органична материя, запазена в 3-милиардни кални камъни в кратер Гале, Марс. Science, 360 (6393), 1096-1101. doi: 10.1126 / science.aas9185
3. Goldman, AD (2015). Астробиология: обзор. В: Колб, Вера (изд.). АСТРОБИОЛОГИЯ: Еволюционен подход CRC Press
4. Goordial, J., Davila, A., Lacelle, D., Pollard, W., Marinova, MM, Greer, CW,… Whyte, LG (2016). Близо до студените сухи граници на микробния живот в вечна замръзване на горна суха долина, Антарктида. Сп. ISME, 10 (7), 1613–1624. doi: 10.1038 / ismej.2015.239
5. Краснополски, VA (2006). Някои проблеми, свързани с произхода на метан на Марс. Икар, 180 (2), 359–367. doi: 10.1016 / j.icarus.2005.10.015
6. LEVIN, GV, & STRAAT, PA, 1976 г. Бикинг експеримент с етикетиране на викинг: междинни резултати. Science, 194 (4271), 1322-1329. doi: 10.1126 / наука.194.4271.1322
7. Десет Кейт, Илинойс (2018). Органични молекули на Марс. 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). Фоновите нива на метан в атмосферата на Марс показват силни сезонни изменения. 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). Марс водно-ледни облаци и валежи. Science, 325 (5936), 68-70. doi: 10.1126 / наука.1172344