ASTROBIOLOGIE: ISTORIE, OBIECT DE STUDIU ȘI IMPORTANȚĂ - BIOLOGIE - 2025

Astrobiologia sau exobiologie este o ramură a biologiei care se ocupă cu originea, distribuția și dinamica vieții în contextul de atât planeta noastră, ca și întregul univers. Am putea spune atunci, ca o astrobiologie științifică este universului, ceea ce este biologia pe planeta Pământ.

Datorită spectrului larg de acțiune al astrobiologiei, alte științe converg în ea precum: fizică, chimie, astronomie, biologie moleculară, biofizică, biochimie, cosmologie, geologie, matematică, informatică, sociologie, antropologie, arheologie, printre altele.

Figura 1. Interpretarea artistică a conexiunii dintre viață și explorarea spațială. Sursa: NASA / Cheryse Triano

Astrobiologia concep viața ca un fenomen care ar putea fi „universal”. Se ocupă de contextele sau scenariile lor posibile; cerințele și condițiile sale minime; procesele implicate; procesele sale expansive; printre alte subiecte. Nu se limitează la viața inteligentă, ci explorează fiecare tip de viață posibil.

Istoria astrobiologiei

Istoria astrobiologiei datează poate de la începuturile umanității ca specie și capacitatea sa de a se întreba despre cosmos și viața de pe planeta noastră. De aici apar primele viziuni și explicații care sunt încă prezente în miturile multor popoare de azi.

Viziunea aristotelică

Viziunea aristotelică considera Soarele, Luna, restul planetelor și stelelor, ca sfere perfecte care ne-au orbitat, făcând cercuri concentrice în jurul nostru.

Această viziune a constituit modelul geocentric al universului și a fost concepția care a marcat umanitatea în Evul Mediu. Probabil că nu ar fi putut avea sens în acea perioadă, problema existenței „locuitorilor” în afara planetei noastre.

Opinia copernicană

În Evul Mediu, Nicolás Copernic a propus modelul său heliocentric, care a așezat Pământul ca o planetă în plus, învârtind în jurul soarelui.

Această abordare a avut un impact profund asupra modului în care ne uităm la restul universului și chiar la privirea noastră, deoarece ne-a pus într-un loc care poate nu a fost la fel de „special” cum ne-am gândit. Apoi, posibilitatea existenței altor planete asemănătoare cu a noastră și, odată cu ea, a vieții diferită de cea pe care o cunoaștem.

Figura 2. Sistemul heliocentric al lui Copernic. Sursa: Domeniu public, prin Wikimedia Commons

Primele idei ale vieții extraterestre

Scriitorul și filozoful francez, Bernard le Bovier de Fontenelle, la sfârșitul secolului al XVII-lea a propus deja că viața ar putea exista pe alte planete.

La mijlocul secolului al XVIII-lea, mulți dintre savanții asociați cu Iluminismul scriau despre viața extraterestră. Chiar și astronomii de frunte ai vremii, precum Wright, Kant, Lambert și Herschel, au presupus că planetele, lunile și chiar cometele ar putea fi locuite.

Așa a început secolul al XIX-lea cu o majoritate de oameni de știință, filosofi și teologi academici, împărtășind credința în existența vieții extraterestre pe aproape toate planetele. Aceasta a fost considerată o presupunere fonică la acea vreme, bazată pe o înțelegere științifică din ce în ce mai mare a cosmosului.

Diferențele copleșitoare dintre corpurile cerești ale sistemului solar (în ceea ce privește compoziția chimică, atmosfera, gravitația, lumina și căldura), au fost ignorate.

Cu toate acestea, pe măsură ce puterea telescoapelor a crescut și odată cu apariția spectroscopiei, astronomii au putut începe să înțeleagă chimia atmosferelor planetare din apropiere. Astfel, s-ar putea exclude faptul că planetele din apropiere erau locuite de organisme similare cu cele terestre.

Obiectul studiului astrobiologiei

Astrobiologia se concentrează pe studiul următoarelor întrebări de bază:

• Ce este viața?
• Cum a apărut viața pe Pământ?
• Cum evoluează și se dezvoltă viața?
• Există viață în altă parte a universului?
• Care este viitorul vieții pe Pământ și în alte părți ale universului, dacă există?

Multe alte întrebări apar din aceste întrebări, toate legate de obiectul de studiu al astrobiologiei.

Marte ca model pentru studiu și explorare spațială

Planeta roșie, Marte, a fost ultimul bastion al ipotezelor vieții extraterestre în cadrul sistemului solar. Ideea existenței vieții pe această planetă a provenit inițial din observațiile făcute de astronomi la sfârșitul secolului XIX și începutul secolului XX.

Ei au susținut că semnele de pe suprafața marțiană erau de fapt canale construite de o populație de organisme inteligente. Aceste modele sunt acum considerate a fi produsul vântului.

Misiunile

Sondele spațiale Mariner exemplifică epoca spațială începută la sfârșitul anilor 1950. Această epocă a făcut posibilă vizualizarea și examinarea directă a suprafețelor planetare și lunare din cadrul sistemului solar; eliminând astfel pretențiile formelor de viață extraterestră multicelulare și ușor de recunoscut în sistemul solar.

În 1964, misiunea Mariner 4 a NASA a trimis primele fotografii de prim plan ale suprafeței marțiene, care arătau o planetă practic deșertată.

Cu toate acestea, misiunile ulterioare pe Marte și planetele exterioare au permis o vedere detaliată a acelor corpuri și lunile lor și, mai ales în cazul lui Marte, o înțelegere parțială a istoriei lor timpurii.

În diferite regiuni extraterestre, oamenii de știință au găsit medii nu foarte diferite de cele locuite pe Pământ.

Cea mai importantă concluzie a acestor prime misiuni spațiale a fost înlocuirea ipotezelor speculative cu dovezi chimice și biologice, ceea ce permite studierea și analizarea obiectivă a acesteia.

Există viață pe Marte? Misiunea

În primul caz, rezultatele misiunilor Mariner susțin ipoteza inexistenței vieții pe Marte. Cu toate acestea, trebuie să considerăm că se urmărește viața macroscopică. Misiunile ulterioare au pus la îndoială absența vieții microscopice.

Figura 3. Sonda orbitală și terestră a misiunii Viking. Sursa: Don Davis, prin Wikimedia Commons

De exemplu, din cele trei experimente concepute pentru a detecta viața, efectuate de sonda de la misiunea Viking, două au fost pozitive și unul negativ.

În ciuda acestui fapt, majoritatea oamenilor de știință implicați în experimentele sondei Viking sunt de acord că nu există nicio dovadă de viață bacteriană pe Marte, iar rezultatele sunt oficial neconcludente.

Figura 4. Sonda de aterizare (Lander) a misiunii Viking. Sursa: NASA / JPL-Caltech / Universitatea din Arizona, prin Wikimedia Commons

misiuni

În urma rezultatelor controversate ale misiunilor vikinge, Agenția Spațială Europeană (ESA) a lansat misiunea Mars Express în 2003, special concepută pentru studii exobiologice și geochimice.

Această misiune a inclus o sondă numită Beagle 2 (omonimă a navei pe care Charles Darwin a călătorit), destinată să caute semne de viață pe suprafața superficială a Marte.

Din păcate, această sondă a pierdut contactul cu Pământul și nu și-a putut îndeplini misiunea în mod satisfăcător. Soarta similară a avut-o sonda NASA „Mars Polar Lander” în 1999.

Misiune

După aceste încercări eșuate, în mai 2008, misiunea Phoenix a NASA a ajuns pe Marte, obținând rezultate extraordinare în doar 5 luni. Principalele sale obiective de cercetare au fost exobiologice, climatice și geologice.

Această sondă a putut demonstra existența:

• Zăpadă în atmosfera lui Marte.
• Apa sub formă de gheață sub straturile superioare ale acestei planete.
• Soluri de bază cu un pH cuprins între 8 și 9 (cel puțin în zona apropiată de coborâre).
• Apa lichidă pe suprafața lui Marte în trecut

Explorarea lui Marte continuă

Explorarea lui Marte continuă și astăzi, cu instrumente robotizate de înaltă tehnologie. Misiunile Rovers (MER-A și MER-B) au furnizat dovezi impresionante că există o activitate de apă pe Marte.

De exemplu, au fost găsite dovezi de apă dulce, izvoare care fierb, o atmosferă densă și un ciclu activ al apei.

Figura 5. Desenul Rover MER-B (Oportunitate) pe suprafața Marte. Sursa: NASA / JPL / Cornell University, Maas Digital LLC, prin Wikimedia Commons

Pe Marte, s-au obținut dovezi că unele roci au fost turnate în prezența apei lichide, precum Jarosite, detectate de MER-B (Oportunitate) Rover, care a fost activă din 2004 până în 2018.

Rover MER-A (Curiosity) a măsurat fluctuațiile sezoniere ale metanului, care au fost întotdeauna legate de activitatea biologică (date publicate în 2018 în revista Science). A mai găsit molecule organice precum tiofen, benzen, toluen, propan și butan.

Figura 6. Fluctuația sezonieră a nivelurilor de metan pe Marte, măsurată de Rover MER-A (Curiozitate). Sursa: NASA / JPL-Caltech

Pe Marte era apă

Deși suprafața lui Marte este inospitală astăzi, există dovezi clare că în trecutul îndepărtat, climatul marțian a permis ca apa lichidă, un ingredient esențial pentru viață așa cum o știm, să se acumuleze pe suprafață.

Datele Rover MER-A (Curiosity) dezvăluie că acum miliarde de ani, un lac din craterul Gale conținea toate ingredientele necesare vieții, inclusiv componente chimice și surse de energie.

Meteoriți marțieni

Unii cercetători consideră meteoriții marțieni drept surse de informații bune despre planetă, chiar sugerează că există molecule organice naturale și chiar microfosile de bacterii. Aceste abordări sunt subiectul dezbaterii științifice.

Figura 7. Vedere microscopică a structurii interne a meteoritului ALH84001, care prezintă structuri similare cu bacilii. Sursa: NASA, prin Wikimedia Commons

Acești meteoriți de pe Marte sunt foarte rari și reprezintă singurele probe direct analizabile ale planetei roșii.

Panspermie, meteoriți și comete

Una dintre ipotezele care favorizează studiul meteoritelor (și, de asemenea, cometelor), a fost numită panspermie. Aceasta constă în presupunerea că în trecut a avut loc colonizarea Pământului, prin microorganisme care au intrat în acești meteoriți.

Astăzi există și ipoteze care sugerează că apa terestră provenea din comete care au bombardat planeta noastră în trecut. În plus, se crede că aceste comete ar fi putut aduce cu ele molecule primare, ceea ce a permis dezvoltarea vieții sau chiar a vieții deja dezvoltate depuse în interiorul lor.

Recent, în septembrie 2017, Agenția Spațială Europeană (ESA) a finalizat cu succes misiunea Rosseta, lansată în 2004. Această misiune a constat în explorarea cometei 67P / Churyumov-Gerasimenko cu sonda Philae care a atins-o și a orbitat-o. apoi coboară. Rezultatele acestei misiuni sunt încă în studiu.

Importanța astrobiologiei

Paradoxul lui Fermi

Se poate spune că întrebarea inițială care motivează studiul Aastrobiologiei este: Suntem singuri în univers?

Doar în Calea Lactee există sute de miliarde de sisteme stelare. Acest fapt, împreună cu vârsta universului, sugerează că viața ar trebui să fie un fenomen comun în galaxia noastră.

În jurul acestui subiect, întrebarea pusă de fizicianul câștigător al Premiului Nobel, Enrico Fermi, este celebră: „Unde este toată lumea?”, Pe care a întrebat-o în contextul unui prânz, unde s-a discutat despre faptul că galaxia ar trebui să fie plină de viață.

Întrebarea a sfârșit dând naștere la Paradoxul care îi poartă numele și care este declarat în felul următor:

Programul SETI și căutarea informațiilor extraterestre

Un posibil răspuns la paradoxul Fermi ar putea fi faptul că civilizațiile la care ne gândim sunt de fapt acolo, dar nu le-am căutat.

În 1960, Frank Drake împreună cu alți astronomi au inițiat un program SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence).

Acest program a făcut eforturi comune cu NASA, în căutarea de semne ale vieții extraterestre, cum ar fi semnale radio și cu microunde. Întrebările despre cum și unde să cauți aceste semnale au dus la mari progrese în multe ramuri ale științei.

Figura 8. Radio-telescop utilizat de SETI în Arecibo, Puerto Rico. Sursa: JidoBG, de la Wikimedia Commons

În 1993, Congresul SUA a anulat finanțarea către NASA în acest scop, ca urmare a unor concepții greșite despre sensul ce implică căutarea. Astăzi proiectul SETI este finanțat cu fonduri private.

Proiectul SETI a născut chiar filme hollywoodiene, precum Contact, cu actrița Jodie Foster și inspirat din romanul cu același nume scris de astronomul renumit mondial Carl Sagan.

Ecuația lui Drake

Frank Drake a estimat numărul de civilizații cu abilități de comunicare, folosind expresia care îi poartă numele:

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

În cazul în care N reprezintă numărul de civilizații cu capacitatea de a comunica cu Pământul și este exprimat în funcție de alte variabile, cum ar fi:

• R *: viteza de formare a stelelor similară cu soarele nostru
• f _p : fracția acestor sisteme stelare cu planetele
• n _e : numărul de planete asemănătoare Pământului pe sistem planetar
• f _l : fracția acestor planete unde se dezvoltă viața
• f _i : fracția în care apare inteligența
• f _c : fracția planetelor potrivite din punct de vedere comunicațional
• L: speranța de „viață” a acestor civilizații.

Drake a formulat această ecuație ca un instrument pentru „mărimea” problemei, mai degrabă decât ca un element pentru a face estimări concrete, deoarece mulți dintre termenii săi sunt extrem de dificil de estimat. Cu toate acestea, există un consens asupra faptului că numărul pe care tinde să îl arunce este mare.

Scenarii noi

Trebuie menționat că atunci când a fost formulată ecuația lui Drake, există foarte puține dovezi ale planetelor și lunilor în afara sistemului nostru solar (exoplanetele). În anii 90 au apărut primele dovezi ale exoplanetelor.

Figura 9. Telescopul Kepler. Sursa: NASA, prin Wikimedia Commons

De exemplu, misiunea Kepler a NASA a detectat 3.538 de candidați exoplanetați, dintre care cel puțin 1.000 sunt considerați ca fiind "zona locuibilă" a sistemului examinat (distanță care permite existența apei lichide).

Astrobiologia și explorarea capetelor Pământului

Unul dintre meritele astrobiologiei este că a inspirat, în mare măsură, dorința de a explora propria noastră planetă. Aceasta cu speranța de a înțelege prin analogie funcționarea vieții în alte setări.

De exemplu, studiul aerisirilor hidrotermale de pe fundul oceanului ne-a permis să observăm, pentru prima dată, viața care nu este asociată cu fotosinteza. Adică, aceste studii ne-au arătat că pot exista sisteme în care viața nu depinde de lumina soarelui, care fusese considerată întotdeauna o cerință indispensabilă.

Acest lucru ne permite să presupunem posibile scenarii de viață pe planete în care se poate obține apă lichidă, dar sub straturi groase de gheață, ceea ce ar împiedica sosirea luminii la organisme.

Un alt exemplu este studiul văilor uscate ale Antarcticii. Acolo au obținut bacterii fotosintetice care supraviețuiesc adăpostite în interiorul rocilor (bacterii endolitice).

În acest caz, stânca servește atât ca suport, cât și ca protecție împotriva condițiilor adverse ale locului. Această strategie a fost detectată și în apartamentele sărate și izvoarele termale.

Figura 10. Văile McMurdo Dry în Antarctica, unul dintre locurile de pe Pământ cel mai asemănător cu Marte. Sursa: Departamentul de Stat al SUA din Statele Unite, prin Wikimedia Commons

Perspective de astrobiologie

Căutarea științifică a vieții extraterestre nu a reușit până acum. Dar devine din ce în ce mai sofisticat, deoarece cercetarea astrobiologică produce noi perspective. Următorul deceniu de explorare astrobiologică va vedea:

• Eforturi mai mari de a explora Marte și lunile înghețate ale lui Jupiter și Saturn.
• O abilitate fără precedent de a observa și analiza planetele extrasolare.
• Un potențial mai mare de a proiecta și studia forme de viață mai simple în laborator.

Toate aceste progrese vor crește, fără îndoială, probabilitatea noastră de a găsi viață pe planetele similare Pământului. Dar poate, viața extraterestră nu există sau este atât de dispersată în toată galaxia, încât aproape că nu avem nicio șansă să o găsim.

Chiar dacă ultimul scenariu este adevărat, cercetarea în astrobiologie ne lărgește din ce în ce mai mult perspectiva vieții pe Pământ și locul său în univers.

Referințe

1. Chela-Flores, J. (1985). Evoluția ca fenomen colectiv. Journal of Theoretical Biology, 117 (1), 107-118. doi: 10.1016 / s0022-5193 (85) 80166-1
2. Eigenbrode, JL, Summons, RE, Steele, A., Freissinet, C., Millan, M., Navarro-González, R., … Coll, P. (2018). Materie organică păstrată în pietrele de noroi vechi de 3 miliarde de ani la craterul Gale, Marte. Science, 360 (6393), 1096-1101. doi: 10.1126 / știința.aas9185
3. Goldman, AD (2015). Astrobiologie: o imagine de ansamblu. În: Kolb, Vera (eds). ASTROBIOLOGIE: O abordare evolutivă CRC Press
4. Goordial, J., Davila, A., Lacelle, D., Pollard, W., Marinova, MM, Greer, CW, … Whyte, LG (2016). În apropierea limitelor aride la rece ale vieții microbiene în permafrostul unei văi superioare uscate, Antarctica. Jurnalul ISME, 10 (7), 1613–1624. doi: 10.1038 / ismej.2015.239
5. Krasnopolsky, VA (2006). Câteva probleme legate de originea metanului de pe Marte. Icarus, 180 (2), 359–367. doi: 10.1016 / j.icarus.2005.10.015
6. LEVIN, GV, & STRAAT, PA (1976). Experiment de biologie cu eliberare etichetată de Viking: rezultate intermediare. Știință, 194 (4271), 1322-1329. doi: 10.1126 / știință.194.4271.1322
7. Ten Kate, IL (2018). Molecule organice de pe Marte. Science, 360 (6393), 1068-1069. doi: 10.1126 / știința.aat2662
8. Webster, CR, Mahaffy, PR, Atreya, SK, Moores, JE, Flesch, GJ, Malespin, C., … Vasavada, AR (2018). Nivelurile de fundal de metan din atmosfera lui Marte prezintă variații sezoniere puternice. Science, 360 (6393), 1093-1096. doi: 10.1126 / știința.aaq0131
9. Whiteway, JA, Komguem, L., Dickinson, C., Cook, C., Illnicki, M., Seabrook, J., … Smith, PH (2009). Marte Nori de apă și gheață și precipitații. Știință, 325 (5936), 68-70. doi: 10.1126 / știință.1172344