ASTROBIOLOGI: HISTORIA, STUDIEOBJEKT OCH BETYDELSE - BIOLOGI - 2025

Den astrobiologi eller exobiology är en gren av biologin som handlar om ursprung, distribution och dynamik i livet i samband med både vår planet, eftersom hela universum. Vi kan då säga att som en vetenskap astrobiologi är för universum, vad biologi är för planeten Jorden.

På grund av det stora spektrumet av astrobiologi, samlas andra vetenskaper i den, såsom: fysik, kemi, astronomi, molekylärbiologi, biofysik, biokemi, kosmologi, geologi, matematik, dator, sociologi, antropologi, arkeologi, bland andra.

Bild 1. Konstnärlig tolkning av sambandet mellan utforskning av liv och rymd. Källa: NASA / Cheryse Triano

Astrobiologi föreställer livet som ett fenomen som kan vara "universellt". Den behandlar deras möjliga sammanhang eller scenarier; dess krav och dess minimivillkor; processerna involverade; dess expansiva processer; bland andra ämnen. Det är inte begränsat till intelligent liv utan utforskar alla möjliga typer av liv.

Astrobiologiens historia

Astrobiologiens historia går kanske tillbaka till mänsklighetens början som art och dess förmåga att ifrågasätta sig själv om kosmos och livet på vår planet. Därifrån uppstår de första visionerna och förklaringarna som fortfarande finns i mytorna hos många människor idag.

Den Aristoteliska visionen

Den aristoteliska visionen betraktade solen, månen, resten av planeterna och stjärnorna, som perfekta sfärer som kretsade kring oss och gjorde koncentriska cirklar runt oss.

Denna vision utgjorde universums geocentriska modell och var den uppfattning som markerade mänskligheten under medeltiden. Förmodligen kunde inte ha varit vettigt vid den tiden, frågan om förekomsten av "invånare" utanför vår planet.

Den kopernikanska vyn

Under medeltiden föreslog Nicolás Copernicus sin heliocentriska modell, som placerade jorden som ytterligare en planet, som kretsade kring solen.

Detta tillvägagångssätt påverkade djupt sättet att titta på resten av universum och till och med att se på oss själva, eftersom det placerade oss på en plats som kanske inte var så "speciell" som vi trodde. Då är möjligheten att det finns andra planeter som liknar vår och, med det, ett annat liv än den vi känner.

Bild 2. Det heliocentriska systemet av Copernicus. Källa: Public domain, via Wikimedia Commons

Första idéer om utomjordiskt liv

Den franska författaren och filosofen Bernard le Bovier de Fontenelle föreslog redan i slutet av 1600-talet att livet skulle kunna existera på andra planeter.

I mitten av 1700-talet skrev många av de forskare som är förknippade med upplysningen om utomjordiskt liv. Till och med de ledande astronomerna i tiden som Wright, Kant, Lambert och Herschel antog att planeter, månar och till och med kometer kunde bebos.

Så började 1800-talet med en majoritet av akademiska forskare, filosofer och teologer och delade tron ​​på existensen av utomjordiskt liv på nästan alla planeter. Detta betraktades som ett sundt antagande vid den tiden, baserat på en växande vetenskaplig förståelse av kosmos.

De överväldigande skillnaderna mellan solsystemets himmelkroppar (beträffande deras kemiska sammansättning, atmosfär, tyngdkraft, ljus och värme) ignorerades.

Men när kraften hos teleskop ökade och med tillkomsten av spektroskopi kunde astronomer börja förstå kemin i närliggande planetatmosfärer. Således kan det uteslutas att närliggande planeter bebos av organismer som liknar markjordiska.

Syfte med studier av astrobiologi

Astrobiologi fokuserar på att studera följande grundläggande frågor:

• Vad är livet?
• Hur uppstod livet på jorden?
• Hur utvecklas och utvecklas livet?
• Finns det liv någon annanstans i universum?
• Vad är framtiden för livet på jorden och på andra håll i universum, om det finns?

Många andra frågor uppstår från dessa frågor, alla relaterade till objektet för studier av astrobiologi.

Mars som modell för studier och rymdutforskning

Den röda planeten Mars har varit den sista bastionen av hypoteser om utomjordiskt liv i solsystemet. Idén om livets existens på denna planet kom ursprungligen från observationer gjorda av astronomer i slutet av 1800-talet och början av 1900-talet.

De hävdade att märkena på den Martiska ytan faktiskt var kanaler som byggdes av en befolkning av intelligenta organismer. Dessa mönster anses nu vara vindens produkt.

Uppdragen

Mariner rymdsonderna exemplifierar rymdåldern som började i slutet av 1950-talet. Denna era gjorde det möjligt att direkt visualisera och undersöka planet- och månytorna i solsystemet; och därmed utesluter påståenden om flercelliga och lätt igenkända utomjordiska livsformer i solsystemet.

1964 skickade NASA: s Mariner 4-uppdrag de första närbildsfotografierna av Martian ytan, som visar en i princip ökenplanet.

Efterföljande uppdrag till Mars och de yttre planeterna tillät emellertid en detaljerad bild av dessa kroppar och deras månar, och särskilt i fallet med Mars, en delvis förståelse av deras tidiga historia.

I olika utomjordiska miljöer fann forskarna miljöer som inte skiljer sig mycket från bebodda miljöer på jorden.

Den viktigaste slutsatsen från dessa första rymduppdrag var att ersätta spekulativa antaganden med kemiska och biologiska bevis, vilket gör det möjligt att studera och analysera objektivt.

Finns det liv på Mars? Uppdraget

I första hand stöder resultaten från Mariner-uppdragen hypotesen om att livet inte finns på Mars. Vi måste dock överväga att makroskopiskt liv sökts. Efterföljande uppdrag har gjort tvivel om frånvaron av mikroskopiskt liv.

Bild 3. Orbital och landlig sond av Viking-uppdraget. Källa: Don Davis, via Wikimedia Commons

Till exempel, av de tre experimenten som är utformade för att upptäcka liv, utförda av Viking-missionens markprobe, återvände två positiva och en negativa.

Trots detta är de flesta forskare som är involverade i Viking-sondexperimenten eniga om att det inte finns några bevis för bakterieliv på Mars och resultaten är officiellt otvetydiga.

Bild 4. Landningssond (Lander) av Viking-uppdraget. Källa: NASA / JPL-Caltech / University of Arizona, via Wikimedia Commons

uppdrag

Efter de kontroversiella resultaten från Viking-uppdragen lanserade Europeiska rymdorganisationen (ESA) Mars Express-uppdraget 2003, speciellt utformat för exobiologiska och geokemiska studier.

Detta uppdrag inkluderade en sond som heter Beagle 2 (homonym till fartyget där Charles Darwin reste), utformad för att söka efter tecken på liv på den grunda ytan av Mars.

Denna sond förlorade tyvärr kontakten med jorden och kunde inte utföra sitt uppdrag tillfredsställande. Liknande öde hade NASA-sonden "Mars Polar Lander" 1999.

Uppdrag

Efter dessa misslyckade försök, i maj 2008, nådde NASA: s Phoenix-uppdrag Mars och fick extraordinära resultat på bara fem månader. Hans huvudsakliga forskningsmål var exobiologiska, klimatiska och geologiska.

Denna sond kunde visa att det finns:

• Snö i atmosfären i Mars.
• Vatten i form av is under de övre skikten på denna planet.
• Basjordar med ett pH mellan 8 och 9 (åtminstone i området nära nedstigningen).
• Flytande vatten på ytan av Mars tidigare

Utforskningen av Mars fortsätter

Utforskningen av Mars fortsätter idag med högteknologiska robotinstrument. Rovers-uppdragen (MER-A och MER-B) har gett imponerande bevis på att det fanns vattenaktivitet på Mars.

Exempelvis har bevis på färskt vatten, kokande källor, en tät atmosfär och en aktiv vattencykel hittats.

Bild 5. Ritning av Rover MER-B (möjlighet) på ytan av Mars. Källa: NASA / JPL / Cornell University, Maas Digital LLC, via Wikimedia Commons

På Mars har bevis erhållits att vissa stenar har gjutits i närvaro av flytande vatten, till exempel Jarosite, upptäckt av MER-B (Opportunity) Rover, som var aktiv från 2004 till 2018.

Rover MER-A (Curiosity) har uppmätt säsongsvariationer i metan, som alltid har varit relaterad till biologisk aktivitet (data publicerade 2018 i tidskriften Science). Han har också hittat organiska molekyler som tiofen, bensen, toluen, propan och butan.

Figur 6. Säsongsvängning av metanivåer på Mars, mätt med Rover MER-A (Curiosity). Källa: NASA / JPL-Caltech

Det fanns vatten på Mars

Även om Mars-ytan för närvarande är omöjlig, finns det tydliga bevis på att Martian-klimatet i det avlägsna förflutna tillät flytande vatten, en viktig ingrediens för livet som vi känner det, att samlas på ytan.

Rover MER-A (Curiosity) -data avslöjar att för miljarder år sedan, en sjö i Gale-krateren innehöll alla ingredienser som behövs för livet, inklusive kemiska komponenter och energikällor.

Martiska meteoriter

Vissa forskare betraktar Martian meteoriter som goda källor till information om planeten, och antyder till och med att det finns naturliga organiska molekyler och till och med mikrofossiler av bakterier. Dessa strategier är föremål för vetenskaplig debatt.

Figur 7. Mikroskopisk vy av den inre strukturen i ALH84001-meteoriten, som visar strukturer som liknar baciller. Källa: NASA, via Wikimedia Commons

Dessa meteoriter från Mars är mycket sällsynta och representerar de enda direkt analyserbara proverna av den röda planeten.

Panspermia, meteoriter och kometer

En av hypoteserna som gynnar studiet av meteoriter (och även kometer), har kallats panspermia. Detta består av antagandet att tidigare koloniseringen av jorden inträffade av mikroorganismer som kom in i dessa meteoriter.

Idag finns det också hypoteser som tyder på att markvatten kom från kometer som bombarderade vår planet tidigare. Dessutom tros det att dessa kometer kan ha tagit med sig primära molekyler, vilket möjliggjorde utveckling av livet eller till och med redan utvecklat liv som lagts in i dem.

Nyligen, i september 2017, slutförde Europeiska rymdorganisationen (ESA) framgångsrikt Rosseta-uppdraget, som lanserades 2004. Detta uppdrag bestod av utforskningen av kometen 67P / Churyumov-Gerasimenko med Philae-sonden som nådde och kretsade den, för att sedan ner. Resultaten av detta uppdrag studeras fortfarande.

Vikten av astrobiologi

Fermis paradox

Det kan sägas att den ursprungliga frågan som motiverar studiet av Aastrobiology är: Är vi ensamma i universum?

Enbart i Vintergatan finns det hundratals miljarder stjärnsystem. Detta faktum, tillsammans med universumets ålder, antyder att livet bör vara ett vanligt fenomen i vår galax.

Runt detta ämne är frågan som den Nobelprisvinnande fysikern Enrico Fermi ställde berömd: "Var är alla?" av livet.

Frågan gav upphov till Paradoxen som bär hans namn och som anges på följande sätt:

SETI-programmet och sökningen efter utomjordisk intelligens

Ett möjligt svar på Fermi-paradoxen kan vara att de civilisationer vi tänker på finns där, men vi har inte letat efter dem.

1960 startade Frank Drake tillsammans med andra astronomer ett Search for Extraterrestrial Intelligence (SETI) -program.

Detta program har gjort gemensamma ansträngningar med NASA i sökandet efter tecken på utomjordisk liv, till exempel radio- och mikrovågsignaler. Frågorna om hur och var man ska leta efter dessa signaler har lett till stora framsteg inom många vetenskapsgrenar.

Bild 8. Radioteleskop som används av SETI i Arecibo, Puerto Rico. Källa: JidoBG, från Wikimedia Commons

1993 annullerade den amerikanska kongressen finansieringen till NASA för detta ändamål, som ett resultat av missuppfattningar om vad sökningen innebär. Idag finansieras SETI-projektet med privata medel.

SETI-projektet har till och med skapat Hollywood-filmer, till exempel Contact, med skådespelerskan Jodie Foster och inspirerad av romanen med samma namn skriven av den världsberömda astronomen Carl Sagan.

Drakes ekvation

Frank Drake har uppskattat antalet civilisationer med kommunikationsförmåga med uttrycket som bär hans namn:

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

Där N representerar antalet civilisationer med förmågan att kommunicera med jorden och uttrycks som en funktion av andra variabler som:

• R *: bildningen av stjärnor som liknar vår sol
• f _p : fraktionen av dessa stjärnsystem med planeter
• n _e : antalet jordliknande planeter per planetsystem
• f _l : bråkdelen av dessa planeter där livet utvecklas
• f _i : den bråk som intelligensen uppstår i
• f _c : bråkdelen av kommunikationspassade planeter
• L: förväntningarna på dessa "civilisationer".

Drake formulerade denna ekvation som ett verktyg för att "storlek" problemet snarare än som ett element för att göra konkreta uppskattningar, eftersom många av dess termer är extremt svåra att uppskatta. Det finns dock enighet om att antalet det tenderar att kasta är stort.

Nya scenarier

Vi bör notera att när Drake-ekvationen formulerades fanns det mycket litet bevis på planeter och månar utanför vårt solsystem (exoplaneter). Det var på 1990-talet som de första bevisen på exoplaneter dök upp.

Bild 9. Kepler-teleskop. Källa: NASA, via Wikimedia Commons

Till exempel upptäckte NASA: s Kepler-uppdrag 3 538 exoplanetkandidater, varav minst 1 000 anses ligga i den "bebodda zonen" i det aktuella systemet (avstånd som möjliggör existens av flytande vatten).

Astrobiologi och utforskningen av jordens ändar

En av fördelarna med astrobiologin är att den till stor del har inspirerat önskan att utforska vår egen planet. Detta med hopp om att förstå analogt livets funktion i andra miljöer.

Exempelvis har studien av hydrotermiska ventiler på havsbotten tillät oss att för första gången observera liv som inte är förknippade med fotosyntes. Med andra ord, dessa studier visade oss att det kan finnas system där livet inte beror på solljus, vilket alltid har betraktats som ett nödvändigt krav.

Detta gör att vi kan anta möjliga scenarier för livet på planeter där flytande vatten kan erhållas, men under tjocka islager, vilket skulle förhindra att ljus kommer till organismer.

Ett annat exempel är studien av de torra dalarna i Antarktis. Där har de fått fotosyntetiska bakterier som överlever skyddade inuti bergarter (endolytiska bakterier).

I detta fall tjänar berget både som stöd och som ett skydd mot platsens ogynnsamma förhållanden. Denna strategi har också upptäckts i saltlägenheter och varma källor.

Bild 10. McMurdo Dry Valleys i Antarktis, en av de platser på jorden som är mest lik Mars. Källa: US State Department of United States, via Wikimedia Commons

Astrobiologiska perspektiv

Den vetenskapliga sökningen efter utomjordiskt liv har hittills varit framgångsrik. Men det blir mer sofistikerat eftersom astrobiologisk forskning ger ny insikt. Det nästa decenniet av astrobiologisk utforskning kommer att se:

• Större ansträngningar för att utforska Mars och de iskalla månarna i Jupiter och Saturn.
• En enastående förmåga att observera och analysera extrasolära planeter.
• Större potential att utforma och studera enklare livsformer i laboratoriet.

Alla dessa framsteg kommer utan tvekan att öka vår sannolikhet för att hitta liv på jordliknande planeter. Men kanske finns det utomjordiska livet inte eller är så spridd över hela galaxen att vi har nästan ingen chans att hitta det.

Även om det senare scenariot är sant, breddar forskning i astrobiologi allt mer vårt perspektiv på livet på jorden och dess plats i universum.

referenser

1. Chela-Flores, J. (1985). Evolution som ett kollektivt fenomen. 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). Organiskt material bevarat i 3 miljarder år gamla lerstenar vid Gale-krateret, Mars. Science, 360 (6393), 1096-1101. doi: 10.1126 / science.aas9185
3. Goldman, AD (2015). Astrobiologi: en översikt. I: Kolb, Vera (eds). ASTROBIOLOGY: A Evolutionary Approach CRC Press
4. Goordial, J., Davila, A., Lacelle, D., Pollard, W., Marinova, MM, Greer, CW, … Whyte, LG (2016). Nära de kalla-torra gränserna för mikrobiellt liv i permafrost i en övre torra dal, Antarktis. ISME Journal, 10 (7), 1613–1624. doi: 10.1038 / ismej.2015.239
5. Krasnopolsky, VA (2006). Vissa problem relaterade till metans ursprung på Mars. Icarus, 180 (2), 359–367. doi: 10.1016 / j.icarus.2005.10.015
6. LEVIN, GV, & STRAAT, PA (1976). Viking Labeled Release Biology Experiment: Delresultat. Science, 194 (4271), 1322-1329. doi: 10.1126 / science.194.4271.1322
7. Ten Kate, IL (2018). Organiska molekyler på Mars. 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). Bakgrundsnivåer av metan i Mars 'atmosfär visar starka säsongsvariationer. 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). Mars vatten-moln och nederbörd. Science, 325 (5936), 68-70. doi: 10.1126 / science.1172344