Kā zinātnieki meklē ārpuszemes dzīvību

2024 Autors: Seth Attwood | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-16 16:11

Varbūt kaut kur Visumā ir arī citas apdzīvotas pasaules. Bet, kamēr mēs tos neatradām, minimālā programma ir pierādīt, ka dzīvība ārpus Zemes ir vismaz kaut kādā veidā. Cik tuvu mēs tam esam?

Pēdējā laikā arvien biežāk dzirdam par atklājumiem, kas "varētu liecināt" par ārpuszemes dzīvības esamību. Tikai 2020. gada septembrī kļuva zināms par fosfīna gāzes atklāšanu uz Veneras – potenciālas mikrobu dzīves pazīmes – un sālsezeriem uz Marsa, kur varētu pastāvēt arī mikrobi.

Taču pēdējo 150 gadu laikā kosmosa pētnieki vairāk nekā vienu reizi ir izgājuši no vēlmēm. Uz galveno jautājumu joprojām nav uzticamas atbildes. Vai arī tā ir, bet zinātnieki ir piesardzīgi aiz ieraduma?

Teleskopu līnijas

19. gadsimta 70. gados itāļu astronoms Džovanni Šiaparelli caur teleskopu uz Marsa virsmas ieraudzīja garas, tievas līnijas un pasludināja tās par "kanāliem". Grāmatai par savu atklājumu viņš nepārprotami nosauca "Dzīve uz planētas Marss". "Ir grūti neredzēt uz Marsa attēlus, kas būtu līdzīgi tiem, kas veido mūsu sauszemes ainavu," viņš rakstīja.

Itāļu valodā vārds canali apzīmēja gan dabiskos, gan mākslīgos kanālus (pats zinātnieks nebija pārliecināts par to būtību), taču, tulkojot, tas zaudēja šo neskaidrību. Skjaparelli sekotāji jau skaidri izteikušies par skarbo Marsa civilizāciju, kas sausā klimatā radīja kolosālas apūdeņošanas iekārtas.

Ļeņins, kurš 1908. gadā izlasīja Persivala Louela grāmatu "Marss un tā kanāli", rakstīja: "Zinātniskais darbs. Pierāda, ka Marss ir apdzīvots, ka kanāli ir tehnikas brīnums, ka cilvēkiem tur jābūt 2/3 reizes lielākiem nekā vietējie iedzīvotāji, turklāt ar stumbriem, un pārklāti ar spalvām vai dzīvnieku ādām, ar četrām vai sešām kājām.

N … jā, mūsu autors mūs piekrāpa, nepilnīgi aprakstot marsiešu skaistules, vajadzētu būt pēc receptes: "Zemo patiesību tumsa mums ir mīļāka nekā mēs audzinām viltu". Lowell bija miljonārs un bijušais diplomāts. Viņam patika astronomija un viņš izmantoja savu naudu, lai izveidotu vienu no vismodernākajām observatorijām Amerikā. Pateicoties Louelam, Marsa dzīves tēma nokļuva lielāko pasaules laikrakstu pirmajās lappusēs.

Tiesa, jau 19. gadsimta beigās daudzi pētnieki bija šaubīgi par "kanālu" atvēršanu. Novērojumi pastāvīgi sniedza dažādus rezultātus - kārtis atšķīrās pat Skjaparelli un Lolam. 1907. gadā biologs Alfrēds Volless pierādīja, ka temperatūra uz Marsa virsmas ir daudz zemāka, nekā pieņēmis Louels, un atmosfēras spiediens ir pārāk zems, lai ūdens pastāvētu šķidrā veidā.

Starpplanētu stacija "Mariner-9", kas 70. gados uzņēma planētas fotogrāfijas no kosmosa, pielika punktu kanālu vēsturei: "kanāli" izrādījās optiska ilūzija.

Kopš 20. gadsimta otrās puses cerības atrast augsti organizētu dzīvi ir mazinājušās. Pētījumi, izmantojot kosmosa kuģus, ir parādījuši, ka apstākļi uz tuvējām planētām nav pat tuvu tiem, kas atrodas uz Zemes: pārāk spēcīgi temperatūras kritumi, atmosfēra bez skābekļa pazīmēm, spēcīgi vēji un milzīgs spiediens.

No otras puses, dzīvības attīstības izpēte uz Zemes ir radījusi interesi par līdzīgu procesu meklēšanu kosmosā. Galu galā mēs joprojām nezinām, kā un pateicoties kam principā radās dzīvība.

Šajā virzienā pēdējos gados ir notikuši daudzi notikumi. Galvenā interese ir ūdens, organisko savienojumu, no kuriem varētu veidoties olbaltumvielu dzīvības formas, kā arī biosignatūras (vielas, kuras ražo dzīvas būtnes) un iespējamās baktēriju pēdas meteorītos.

Šķidruma izturība

Ūdens klātbūtne ir priekšnoteikums tādas dzīvības pastāvēšanai, kādu mēs to zinām. Ūdens darbojas kā šķīdinātājs un katalizators noteikta veida proteīniem. Tā ir arī ideāla vide ķīmiskām reakcijām un barības vielu transportēšanai. Turklāt ūdens absorbē infrasarkano starojumu, tāpēc var saglabāt siltumu – tas ir svarīgi aukstiem debess ķermeņiem, kas atrodas diezgan tālu no gaismekļa.

Novērojumu dati liecina, ka ūdens cietā, šķidrā vai gāzveida stāvoklī eksistē Merkura polios, meteorītu un komētu iekšpusē, kā arī uz Jupitera, Saturna, Urāna un Neptūna. Zinātnieki arī ir ierosinājuši, ka Jupitera pavadoņiem Eiropai, Ganimēdam un Kalisto ir plaši zemūdens šķidra ūdens okeāni. Viņi to vienā vai otrā veidā atrada starpzvaigžņu gāzē un pat neticamās vietās, piemēram, zvaigžņu fotosfērā.

Bet ūdens pēdu izpēte var būt daudzsološa astrobiologiem (ārpuszemes bioloģijas speciālistiem) tikai tad, ja ir citi piemēroti apstākļi. Piemēram, temperatūra, spiediens un ķīmiskais sastāvs uz viena un tā paša Saturna un Jupitera ir pārāk ekstrēmas un mainīgas, lai dzīvie organismi tiem pielāgotos.

Cita lieta ir mums tuvās planētas. Pat ja šodien tie izskatās neviesmīlīgi, uz tiem var palikt nelielas oāzes ar "bijušās greznības paliekām".

2002. gadā Marsa Odiseja orbīta atklāja ūdens ledus nogulsnes zem Marsa virsmas. Sešus gadus vēlāk zonde Phoenix apstiprināja sava priekšgājēja rezultātus, iegūstot šķidru ūdeni no ledus parauga no pola.

Tas saskanēja ar teoriju, ka šķidrs ūdens uz Marsa atradās pavisam nesen (pēc astronomiskajiem standartiem). Kā liecina daži avoti, uz Sarkanās planētas lietus lijis "tikai" pirms 3,5 miljardiem gadu, pēc citiem - pat pirms 1,25 miljoniem gadu.

Taču uzreiz radās šķērslis: ūdens uz Marsa virsmas nevar pastāvēt šķidrā stāvoklī. Zemā atmosfēras spiedienā tas nekavējoties sāk vārīties un iztvaikot - vai sasalst. Tāpēc lielākā daļa zināmā ūdens uz planētas virsmas atrodas ledus stāvoklī. Bija cerība, ka interesantākais notiek zem virsmas. Tā radās hipotēze par sālsezeriem zem Marsa. Un tikai otro dienu viņa saņēma apstiprinājumu.

Itālijas Kosmosa aģentūras zinātnieki vienā no Marsa poliem atklājuši četru ezeru sistēmu ar šķidru ūdeni, kas atrodas vairāk nekā 1,5 kilometru dziļumā. Atklājums veikts, izmantojot radiozondēšanas datus: ierīce radioviļņus virza planētas iekšienē, un zinātnieki pēc to atstarošanas nosaka tā sastāvu un uzbūvi.

Veselas ezeru sistēmas esamība, pēc darba autoru domām, liek domāt, ka Marsam tā ir parasta parādība.

Precīza specifiskā sāļu koncentrācija Marsa ezeros joprojām nav zināma, kā arī to sastāvs. Pēc Marsa programmas zinātniskā direktora Roberto Oroseja teiktā, runa ir par ļoti spēcīgiem risinājumiem ar "desmitiem procentu" sāls.

Uz Zemes ir halofīli mikrobi, kuriem patīk augsts sāļums, skaidro mikrobioloģe Elizaveta Bonča-Osmolovska. Tie izdala vielas, kas palīdz uzturēt ūdens un elektrisko līdzsvaru un aizsargā šūnu struktūras. Bet pat ārkārtīgi sāļos pazemes ezeros (brinos) ar koncentrāciju līdz 30% šādu mikrobu ir maz.

Pēc Oroseja domām, Marsa ezeros varētu palikt pēdas no dzīvības formām, kas pastāvēja laikā, kad uz planētas virsmas bija siltāks klimats un ūdens, un apstākļi atgādināja agrīno Zemi.

Bet ir vēl viens šķērslis: pats ūdens sastāvs. Marsa augsne ir bagāta ar perhlorātiem - perhlorskābes sāļiem. Perhlorāta šķīdumi sasalst ievērojami zemākā temperatūrā nekā parastais vai pat jūras ūdens. Bet problēma ir tā, ka perhlorāti ir aktīvi oksidētāji. Tie veicina organisko molekulu sadalīšanos, kas nozīmē, ka tie ir kaitīgi mikrobiem.

Varbūt mēs par zemu novērtējam dzīves spēju pielāgoties skarbākajiem apstākļiem. Bet, lai to pierādītu, ir jāatrod vismaz viena dzīva šūna.

"Ķieģeļi" bez apdedzināšanas

Dzīvības formas, kas dzīvo uz Zemes, nav iedomājamas bez sarežģītām organiskām molekulām, kas satur oglekli. Katrs oglekļa atoms vienlaikus var izveidot līdz četrām saitēm ar citiem atomiem, kā rezultātā rodas milzīgs savienojumu daudzums. Oglekļa "skelets" atrodas visu organisko vielu pamatā - arī olbaltumvielās, polisaharīdos un nukleīnskābēs, kas tiek uzskatītas par svarīgākajiem dzīvības "celtniecības blokiem".

Panspermijas hipotēze tikai apstiprina, ka dzīvība tās vienkāršākajās formās uz Zemi nonāca no kosmosa. Kaut kur starpzvaigžņu telpā izveidojās apstākļi, kas ļāva salikt sarežģītas molekulas.

Varbūt ne šūnas formā, bet gan sava veida protogenoma veidā – nukleotīdi, kas spēj vairoties visvienkāršākajā veidā un iekodēt molekulas izdzīvošanai nepieciešamo informāciju.

Pirmo reizi pamatojums šādiem secinājumiem parādījās pirms 50 gadiem. Uracila un ksantīna molekulas tika atrastas Markisona meteorīta iekšpusē, kas nokrita Austrālijā 1969. gadā. Tās ir slāpekļa bāzes, kas spēj veidot nukleotīdus, no kuriem jau sastāv nukleīnskābju polimēri – DNS un RNS.

Zinātnieku uzdevums bija noskaidrot, vai šie atradumi ir Zemes piesārņojuma sekas pēc kritiena, vai arī tiem ir ārpuszemes izcelsme. Un 2008. gadā, izmantojot radiooglekļa metodi, bija iespējams konstatēt, ka uracils un ksantīns patiešām radās pirms meteorīta nokrišanas uz Zemes.

Tagad Markisonā un līdzīgos meteorītos (tos sauc par oglekļa hondrītiem) zinātnieki ir atraduši visdažādākās bāzes, no kurām tiek veidota gan DNS, gan RNS: kompleksos cukurus, tostarp ribozi un dezoksiribozi, dažādas aminoskābes, tostarp neaizvietojamās taukskābes. Turklāt ir norādes, ka organiskās vielas veidojas tieši kosmosā.

2016. gadā ar Eiropas Kosmosa aģentūras Rosetta aparāta palīdzību Gerasimenko komētas astē tika atrastas vienkāršākās aminoskābes - glicīna -, kā arī fosfora, kas arī ir svarīga sastāvdaļa dzīvības izcelsmei, pēdas. - Čurjumovs.

Taču šādi atklājumi drīzāk liecina par to, kā uz Zemi varēja atnest dzīvību. Joprojām nav skaidrs, vai tas var izdzīvot un ilgstoši attīstīties ārpus sauszemes apstākļiem. "Lielas molekulas, sarežģītas molekulas, kuras mēs bez jebkādām iespējām klasificētu kā organiskas uz Zemes, var sintezēt kosmosā bez dzīvo būtņu līdzdalības," saka astronoms Dmitrijs Vibe. "Mēs zinām, ka starpzvaigžņu organiskās vielas nokļuva Saules sistēmā un Bet tad ar viņu notika kaut kas cits - mainījās izotopu sastāvs un simetrija.

Pēdas atmosfērā

Vēl viens daudzsološs veids, kā meklēt dzīvību, ir saistīts ar biosignatūriem jeb biomarķieriem. Tās ir vielas, kuru klātbūtne planētas atmosfērā vai augsnē noteikti liecina par dzīvības klātbūtni. Piemēram, Zemes atmosfērā ir daudz skābekļa, kas veidojas fotosintēzes rezultātā, piedaloties augiem un zaļajām aļģēm. Tas satur arī daudz metāna un oglekļa dioksīda, ko baktērijas un citi dzīvie organismi ražo gāzu apmaiņas procesā elpošanas laikā.

Bet metāna vai skābekļa pēdu atrašana atmosfērā (kā arī ūdenī) vēl nav iemesls šampanieša atvēršanai. Piemēram, metānu var atrast arī zvaigznēm līdzīgu objektu – brūno punduru – atmosfērā.

Un skābeklis var veidoties ūdens tvaiku sadalīšanās rezultātā spēcīga ultravioletā starojuma ietekmē. Šādi apstākļi novērojami uz eksoplanētas GJ 1132b, kur temperatūra sasniedz 230 grādus pēc Celsija. Dzīve šādos apstākļos nav iespējama.

Lai gāzi uzskatītu par bioparakstu, ir jāpierāda tās biogēnā izcelsme, proti, tai jāveidojas tieši dzīvo būtņu darbības rezultātā. Par šādu gāzu izcelsmi liecina, piemēram, to mainīgums atmosfērā. Novērojumi liecina, ka metāna līmenis uz Zemes svārstās atkarībā no gadalaika (un dzīvo būtņu aktivitāte ir atkarīga no gadalaika).

Ja uz citas planētas metāns pazūd no atmosfēras, tad tas parādās (un to var fiksēt, piemēram, gada laikā), tas nozīmē, ka kāds to izstaro.

Viens no iespējamiem "dzīvā" metāna avotiem atkal izrādījās Marss. Pirmās tās pazīmes augsnē atklāja Vikingu programmas ierīces, kas uz planētu tika nosūtītas vēl pagājušā gadsimta 70. gados - tieši ar mērķi meklēt organiskās vielas. Atklātās metāna molekulas kombinācijā ar hloru sākotnēji tika uzskatītas par pierādījumu. Taču 2010. gadā vairāki pētnieki pārskatīja šo viedokli.

Viņi atklāja, ka mums jau zināmie perhlorāti Marsa augsnē, karsējot, iznīcina lielāko daļu organisko vielu. Un paraugi no vikingiem tika uzkarsēti.

Marsa atmosfērā metāna pēdas pirmo reizi tika atklātas 2003. gadā. Atradums nekavējoties atdzīvināja sarunas par Marsa apdzīvojamību. Fakts ir tāds, ka jebkurš ievērojams šīs gāzes daudzums atmosfērā neuzglabātos ilgi, bet to iznīcinātu ultravioletais starojums. Un, ja metāns nesadalās, zinātnieki secinājuši, ka uz Sarkanās planētas ir pastāvīgs šīs gāzes avots. Un tomēr zinātniekiem nebija stingras pārliecības: iegūtie dati neizslēdza, ka atrastais metāns ir tas pats "piesārņojums".

Taču 2019. gadā rovera Curiosity novērojumi fiksēja neparastu metāna līmeņa pieaugumu. Turklāt izrādījās, ka šobrīd tās koncentrācija trīs reizes pārsniedz 2013. gadā reģistrēto gāzes līmeni. Un tad notika vēl mistiskāka lieta – metāna koncentrācija atkal nokritās līdz fona vērtībām.

Metāna mīklai joprojām nav viennozīmīgas atbildes. Saskaņā ar dažām versijām, roveris var atrasties krātera apakšā, kurā atrodas metāna pazemes avots, un tā izlaišana ir saistīta ar planētas tektonisko aktivitāti.

Tomēr bioparaksti var būt diezgan neskaidri. Piemēram, 2020. gada septembrī Kārdifas universitātes komanda uz Venēras atklāja fosfīna gāzes pēdas - īpašu fosfora savienojumu, kas ir iesaistīts anaerobo baktēriju metabolismā.

2019. gadā datorsimulācijas parādīja, ka uz planētām ar cietu kodolu fosfīns nevar veidoties citādi, kā tikai dzīvo organismu darbības rezultātā. Un uz Veneras atrastais fosfīna daudzums runāja par labu tam, ka tā nebija kļūda vai nejaušs piemaisījums.

Taču vairāki zinātnieki ir skeptiski par šo atklājumu. Astrobiologs un samazināto fosfora stāvokļu eksperts Metjū Paseks norādīja, ka pastāv kāds eksotisks process, kas nav ņemts vērā datorsimulācijās. Tas bija viņš, kurš varēja notikt uz Veneras. Paseks piebilda, ka zinātnieki joprojām nav pārliecināti, kā dzīvība uz Zemes ražo fosfīnu un vai to vispār ražo organismi.

Apglabāts akmenī

Vēl viena iespējama dzīvības pazīme, kas atkal saistīta ar Marsu, ir dīvainu, dzīvo būtņu paliekām līdzīgu struktūru klātbūtne planētas paraugos. Tajos ietilpst Marsa meteorīts ALH84001. Tas izlidoja no Marsa aptuveni pirms 13 000 gadu, un ģeologi to atrada Antarktīdā 1984. gadā, braucot ar sniega motociklu apkārt Allan Hills (ALH apzīmē Allan Hills) Antarktīdā.

Šim meteorītam ir divas īpašības. Pirmkārt, tas ir iežu paraugs no tā paša "slapjā Marsa" laikmeta, tas ir, laika, kad uz tā varēja būt ūdens. Otrs – tajā atrastas dīvainas struktūras, kas atgādina pārakmeņojušos bioloģiskos objektus. Turklāt izrādījās, ka tajos ir organiskas vielas pēdas! Tomēr šīm "fosilizētajām baktērijām" nav nekāda sakara ar sauszemes mikroorganismiem.

Tie ir pārāk mazi jebkurai sauszemes šūnu dzīvībai. Tomēr iespējams, ka šādas struktūras norāda uz dzīves priekštečiem. 1996. gadā Deivids Makkejs no NASA Džonsona centra un viņa kolēģi meteorītā atrada tā sauktos pseidomorfus – neparastas kristāliskas struktūras, kas atdarina (šajā gadījumā) bioloģiskā ķermeņa formu.

Neilgi pēc 1996. gada paziņojuma Timotijs Svindls, Arizonas Universitātes planētu zinātnieks, veica neformālu aptauju, kurā piedalījās vairāk nekā 100 zinātnieku, lai noskaidrotu, kā zinātnieku sabiedrība jūtas pret apgalvojumiem.

Daudzi zinātnieki bija skeptiski pret McKay grupas apgalvojumiem. Jo īpaši vairāki pētnieki ir apgalvojuši, ka šie ieslēgumi var rasties vulkānisko procesu rezultātā. Vēl viens iebildums bija saistīts ar konstrukciju ļoti mazajiem (nanometru) izmēriem. Tomēr atbalstītāji iebilda pret to, ka uz Zemes tika atrastas nanobaktērijas. Ir darbs, kas parāda mūsdienu nanobaktēriju fundamentālo neatšķirību no objektiem no ALH84001.

Debates ir strupceļā tā paša iemesla dēļ kā Venēras fosfīna gadījumā: mums joprojām ir maz priekšstata par to, kā šādas struktūras veidojas. Neviens nevar garantēt, ka līdzība nav nejaušība. Turklāt uz Zemes ir kristāli, piemēram, kerīts, kurus ir grūti atšķirt no pat parastu mikrobu (nemaz nerunājot par vāji pētītajām nanobaktērijām) "fosilizētajām" atliekām.

Ārpuszemes dzīvības meklējumi ir kā skriešana pēc savas ēnas. Šķiet, ka atbilde ir mūsu priekšā, mums tikai jātuvojas. Bet viņš attālinās, iegūstot jaunas sarežģītības un atrunas. Tā darbojas zinātne – likvidējot "viltus pozitīvus". Ko darīt, ja spektrālā analīze neizdodas? Ko darīt, ja metāns uz Marsa ir tikai lokāla anomālija? Ko darīt, ja struktūras, kas izskatās pēc baktērijām, ir tikai dabas spēle? Visas šaubas nevar pilnībā izslēgt.

Pilnīgi iespējams, ka Visumā nemitīgi parādās dzīvības uzliesmojumi – šur tur. Un mēs ar saviem teleskopiem un spektrometriem vienmēr kavējam randiņu. Vai, gluži otrādi, mēs ierodamies pārāk agri. Bet, ja tici Kopernika principam, kas saka, ka Visums kopumā ir viendabīgs un zemes procesiem jānotiek kaut kur citur, agri vai vēlu mēs krustosimies. Tas ir laika un tehnoloģiju jautājums.