Historie astrobiologie, předmět studia a význam

1661
Jonah Lester

The astrobiologie nebo exobiologie Je to odvětví biologie, které se zabývá vznikem, distribucí a dynamikou života v kontextu naší planety i celého vesmíru. Mohli bychom tedy říci, že jako vědecká astrobiologie je pro vesmír, co je biologie pro planetu Zemi.

Vzhledem k širokému spektru působení astrobiologie se v ní sbíhají další vědy, jako jsou: fyzika, chemie, astronomie, molekulární biologie, biofyzika, biochemie, kosmologie, geologie, matematika, výpočetní technika, sociologie, antropologie, archeologie atd..

Obrázek 1. Umělecká interpretace spojení mezi zkoumáním života a vesmíru. Zdroj: NASA / Cheryse Triano

Astrobiologie pojímá život jako fenomén, který by mohl být „univerzální“. Zabývá se jejich možnými kontexty nebo scénáři; jeho požadavky a minimální podmínky; příslušné procesy; jeho expanzivní procesy; mimo jiné. Neomezuje se pouze na inteligentní život, ale zkoumá všechny možné typy života.

Rejstřík článků

  • 1 Historie astrobiologie
    • 1.1 Aristotelská vize
    • 1.2 Koperníkovský pohled
    • 1.3 První myšlenky na mimozemský život
  • 2 Předmět studia astrobiologie
  • 3 Mars jako model pro studium a průzkum vesmíru
    • 3.1 Námořní mise a změna paradigmatu
    • 3.2 Existuje na Marsu život? Vikingská mise
    • 3.3 Mise Beagle 2, Mars Polar Lander
    • 3.4 Mise Phoenix
    • 3.5 Průzkum Marsu pokračuje
    • 3.6 Na Marsu byla voda
    • 3.7 Marťanské meteority
    • 3.8 Panspermie, meteority a komety
  • 4 Důležitost astrobiologie
    • 4.1 Fermiho paradox
    • 4.2 Program SETI a hledání mimozemské inteligence
    • 4.3 Drakova rovnice
    • 4.4 Nové scénáře
  • 5 Astrobiologie a průzkum konců Země
  • 6 Perspektivy astrobiologie
  • 7 Reference

Historie astrobiologie

Historie astrobiologie možná sahá až do počátků lidstva jako druhu a jeho schopnosti klást si otázky o vesmíru a životě na naší planetě. Odtud vznikají první vize a vysvětlení, která jsou stále přítomna v mýtech mnoha národů..

Aristotelská vize

Aristotelovská vize považovala Slunce, Měsíc, zbytek planet a hvězd za dokonalé koule, které nás obíhaly a vytvářely kolem nás soustředné kruhy..

Tato vize představovala geocentrický model vesmíru a byla koncepcí, která ve středověku poznačila lidstvo. Pravděpodobně to v té době nemohlo dávat smysl, otázka existence „obyvatel“ mimo naši planetu.

Copernican pohled

Ve středověku navrhl Nicolás Copernicus svůj heliocentrický model, který umístil Zemi jako další planetu, která se točila kolem Slunce.

Tento přístup hluboce ovlivnil způsob pohledu na zbytek vesmíru a dokonce i na sebe, protože nás umístil na místo, které možná nebylo tak „zvláštní“, jak jsme si mysleli. Poté se otevřela možnost existence dalších planet podobných naší a s ní i života odlišného od toho, který známe..

Obrázek 2. Heliocentrický systém Copernicus. Zdroj: Veřejná doména, přes Wikimedia Commons

První myšlenky na mimozemský život

Francouzský spisovatel a filozof Bernard le Bovier de Fontenelle již na konci 17. století navrhl, že život může existovat na jiných planetách.

V polovině osmnáctého století se mnoho učenců sdružovalo s osvětlení, psali o mimozemském životě. Dokonce i přední astronomové té doby, jako Wright, Kant, Lambert a Herschel, předpokládali, že je možné obývat planety, měsíce a dokonce i komety.

Takto začalo 19. století, kdy většina akademických vědců, filozofů a teologů sdílela víru v existenci mimozemského života téměř na všech planetách. To bylo v té době považováno za spolehlivý předpoklad, založený na rostoucím vědeckém porozumění vesmíru..

Drtivé rozdíly mezi nebeskými tělesy sluneční soustavy (pokud jde o jejich chemické složení, atmosféru, gravitaci, světlo a teplo) byly ignorovány.

Jak však síla dalekohledů rostla as příchodem spektroskopie byli astronomové schopni začít chápat chemii blízkých planetárních atmosfér. Dalo by se tedy vyloučit, že blízké planety byly obývány organismy podobnými těm pozemským..

Předmět studia astrobiologie

Astrobiologie se zaměřuje na studium následujících základních otázek:

  • Co je život?
  • Jak vznikl život na Zemi?
  • Jak se život vyvíjí a vyvíjí?
  • Existuje život jinde ve vesmíru?
  • Jaká je budoucnost života na Zemi a jinde ve vesmíru, pokud existují?

Z těchto otázek vyplývá mnoho dalších otázek, které se všechny týkají předmětu studia astrobiologie.

Mars jako model pro studium a průzkum vesmíru

Rudá planeta, Mars, byla poslední baštou hypotéz mimozemského života ve sluneční soustavě. Myšlenka existence života na této planetě původně vycházela z pozorování astronomů na konci devatenáctého a počátku dvacátého století..

Tvrdili, že značky na povrchu Marsu byly ve skutečnosti kanály vytvořené populací inteligentních organismů. Tyto vzory jsou nyní považovány za produkt větru..

Mise Námořník a změna paradigmatu

Vesmírné sondy Námořník, Jsou příkladem vesmírného věku, který začal na konci 50. let. Tato éra umožnila přímo vizualizovat a zkoumat planetární a měsíční povrchy ve sluneční soustavě; čímž se vylučují nároky na mnohobuněčné a snadno rozpoznatelné formy mimozemského života ve sluneční soustavě.

V roce 1964 mise NASA Mariner 4, poslal první blízké fotografie povrchu Marsu, ukazující v podstatě pouštní planetu.

Následné mise na Mars a vnější planety však umožnily detailní pohled na tato těla a jejich měsíce a zejména v případě Marsu částečné pochopení jejich rané historie..

V různých mimozemských podmínkách vědci zjistili, že prostředí se neliší od obydlených prostředí na Zemi..

Nejdůležitějším závěrem těchto prvních vesmírných misí bylo nahrazení spekulativních předpokladů chemickými a biologickými důkazy, což umožňuje objektivní studium a analýzu..

Existuje život na Marsu? Mise Viking

V první řadě výsledky misí Námořník podpořit hypotézu neexistence života na Marsu. Musíme však vzít v úvahu, že se hledal makroskopický život. Následné mise zpochybnily absenci mikroskopického života.

Obrázek 3. Orbitální a pozemská sonda vikingské mise. Zdroj: Don Davis [public domain], prostřednictvím Wikimedia Commons

Například ze tří experimentů určených k detekci života prováděných pozemní sondou mise Viking, dva byli pozitivní a jeden negativní.

Navzdory tomu se většina vědců zapojených do experimentů sondy Viking souhlasím s tím, že neexistují žádné důkazy o bakteriálním životě na Marsu a výsledky jsou oficiálně neprůkazné.

Obrázek 4. Přistávací sonda (Lander) mise Vikingů. Zdroj: NASA / JPL-Caltech / University of Arizona [Public domain], přes Wikimedia Commons

Mise Beagle 2, Mars Polar Lander

Po kontroverzních výsledcích vyvolaných misemi Viking, Evropská kosmická agentura (ESA) zahájila misi v roce 2003 Mars Express, speciálně navrženo pro exobiologické a geochemické studie.

Tato mise zahrnovala tzv. Sondu Beagle 2 (homonymum lodi, kam cestoval Charles Darwin), navržený k hledání známek života na mělkém povrchu Marsu.

Tato sonda bohužel ztratila kontakt se Zemí a nemohla uspokojivě plnit svoji misi. Podobný osud měla i sonda NASA “Mars Polar Lander„v roce 1999.

Mise Phoenix

Po těchto neúspěšných pokusech byla mise v květnu 2008 Phoenix z NASA dosáhla na Mars a za pouhých 5 měsíců dosáhla mimořádných výsledků. Jeho hlavními výzkumnými cíli byly exobiologické, klimatické a geologické.

Tato sonda dokázala prokázat existenci:

  • Sníh v atmosféře Marsu.
  • Voda ve formě ledu pod horními vrstvami této planety.
  • Základní půdy s pH mezi 8 a 9 (alespoň v oblasti blízké sestupu).
  • Tekutá voda na povrchu Marsu v minulosti

Průzkum Marsu pokračuje

Zkoumání Marsu pokračuje i dnes pomocí špičkových robotických nástrojů. Mise Rovers (MER-A a MER-B), poskytli působivé důkazy o existenci vodní aktivity na Marsu.

Byly například nalezeny důkazy o existenci sladké vody, vroucích pramenů, husté atmosféry a aktivního vodního cyklu..

Obrázek 5. Kresba modelu Rover MER-B (Opportunity) na povrchu Marsu. Zdroj: NASA / JPL / Cornell University, Maas Digital LLC [Public domain], prostřednictvím Wikimedia Commons

Na Marsu byly získány důkazy o tom, že některé horniny byly formovány v přítomnosti kapalné vody, jako je Jarosite, detekovaná Rover MER-B (Příležitost), která byla aktivní od roku 2004 do roku 2018.

The Rover MER-A (Zvědavost), měřil sezónní fluktuace metanu, který vždy souvisel s biologickou aktivitou (údaje publikované v roce 2018 v časopise Science). Nalezl také organické molekuly, jako je thiofen, benzen, toluen, propan a butan..

Obrázek 6. Sezónní fluktuace hladin metanu na Marsu, měřeno pomocí Rover MER-A (Curiosity). Zdroj: NASA / JPL-Caltech

Na Marsu byla voda

Přestože je povrch Marsu dnes nehostinný, existují jasné důkazy, že v dávné minulosti marťanské klima umožňovalo hromadění tekuté vody, základní složky života, jak ji známe, na povrchu..

Data z Rover MER-A (Zvědavost), odhalují, že před miliardami let jezero v kráteru Gale obsahovalo všechny ingredience nezbytné pro život, včetně chemických složek a zdrojů energie.

Marťanské meteority

Někteří vědci považují marťanské meteority za dobrý zdroj informací o planetě, dokonce naznačují, že obsahují přírodní organické molekuly a dokonce i mikrofosílie bakterií. Tyto přístupy jsou předmětem vědecké debaty.

Obrázek 7. Mikroskopický pohled na vnitřní strukturu meteoritu ALH84001, ukazující struktury podobné bacilům. Zdroj: NASA [public domain], přes Wikimedia Commons

Tyto meteority z Marsu jsou velmi vzácné a představují jediné přímo analyzovatelné vzorky rudé planety..

Panspermie, meteority a komety

Jedna z hypotéz, která upřednostňuje studium meteoritů (a také komet), byla nazývána panspermie. To spočívá v předpokladu, že v minulosti došlo ke kolonizaci Země mikroorganismy, které se dostaly dovnitř těchto meteoritů..

Dnes existují také hypotézy, které naznačují, že suchozemská voda pocházela z komet, které v minulosti bombardovaly naši planetu. Kromě toho se věří, že tyto komety mohly s sebou přinést prvotní molekuly, které umožňovaly vývoj života nebo dokonce již vyvinutý život uložený uvnitř..

Nedávno, v září 2017, Evropská vesmírná agentura (ESA) misi úspěšně dokončila Rosseta, zahájena v roce 2004. Tato mise spočívala v průzkumu komety 67P / Churyumov-Gerasimenko se sondou Philae který k němu dorazil a obíhal, a pak sestoupil. Výsledky této mise jsou stále předmětem studia.

Důležitost astrobiologie

Fermiho paradox

Lze říci, že původní otázka, která motivuje ke studiu aastrobiologie, je: Jsme ve vesmíru sami??

Jen v Mléčné dráze existují stovky miliard hvězdných systémů. Tato skutečnost spolu s věkem vesmíru naznačuje, že život by měl být v naší galaxii běžným jevem..

Kolem tohoto tématu je proslulá otázka kladená Nobelovým cena fyzikem Enrico Fermi: „Kde jsou všichni?“, Kterou formuloval v rámci oběda, kde se o životě diskutovalo o tom, že by měla být galaxie plná..

Tato otázka nakonec vedla k paradoxu, který nese jeho jméno a který je uveden následovně:

„Víra, že vesmír obsahuje mnoho technologicky vyspělých civilizací, v kombinaci s naším nedostatkem pozorovacích důkazů podporujících tento názor, je nekonzistentní.“

Program SETI a hledání mimozemské inteligence

Jednou z možných odpovědí na Fermiho paradox může být, že civilizace, o kterých přemýšlíme, tam skutečně jsou, ale my jsme je nehledali..

V roce 1960 zahájil Frank Drake spolu s dalšími astronomy program SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence)..

Tento program vyvinul společné úsilí s NASA při hledání známek mimozemského života, jako jsou rádiové a mikrovlnné signály. Otázky, jak a kde hledat tato znamení, vedly k velkému pokroku v mnoha oborech vědy..

Obrázek 8. Radioteleskop používaný společností SETI v Arecibu v Portoriku. Zdroj: JidoBG [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], z Wikimedia Commons

V roce 1993 americký kongres zrušil financování NASA pro tento účel v důsledku mylných představ o smyslu toho, co hledání znamená. Dnes je projekt SETI financován ze soukromých prostředků.

Projekt SETI dokonce vytvořil hollywoodské filmy, jako např Kontakt, hlavní herečka Jodie Foster a inspirovaná stejnojmenným románem od světově proslulého astronoma Carla Sagana.

Drakeova rovnice

Frank Drake odhadl počet civilizací s komunikačními dovednostmi pomocí výrazu, který nese jeho jméno:

N = R * x fp x na x fl x fi x fC x L.

Kde N představuje počet civilizací se schopností komunikovat se Zemí a je vyjádřen jako funkce jiných proměnných, jako jsou:

  • R *: rychlost vzniku hvězd podobných našemu slunci
  • Fp: zlomek těchto hvězdných systémů s planetami
  • na: počet planet podobných Zemi na planetární systém
  • Fl: zlomek těchto planet, kde se vyvíjí život
  • Fi: zlomek, ve kterém vzniká inteligence
  • FC: zlomek komunikačně vhodných planet
  • L: „průměrná délka života“ těchto civilizací.

Drake formuloval tuto rovnici jako nástroj k „zvětšení“ problému, spíše než jako prvek ke konkrétním odhadům, protože mnoho jejích výrazů je extrémně obtížné odhadnout. Existuje však shoda, že počet, který má tendenci házet, je velký.

Nové scénáře

Je třeba poznamenat, že když byla formulována Drakeova rovnice, bylo jen velmi málo důkazů o planetách a měsících mimo naši sluneční soustavu (exoplanety). Bylo to v 90. letech, kdy se objevily první důkazy o exoplanetách.

Obrázek 9. Keplerův dalekohled. Zdroj: NASA [public domain], přes Wikimedia Commons

Například mise Kepler NASA odhalila 3 538 kandidátů na exoplanety, z nichž nejméně 1 000 je považováno za „obyvatelnou zónu“ uvažovaného systému (vzdálenost, která umožňuje existenci kapalné vody).

Astrobiologie a průzkum konců Země

Jednou z předností astrobiologie je to, že do velké míry inspirovala touhu prozkoumat naši vlastní planetu. To s nadějí, že analogicky pochopíme fungování života v jiných scénářích.

Například studium hydrotermálních průduchů na oceánském dně nám poprvé umožnilo pozorovat život, který nesouvisí s fotosyntézou. To znamená, že tyto studie nám ukázaly, že mohou existovat systémy, ve kterých život nezávisí na slunečním světle, které bylo vždy považováno za nepostradatelný požadavek..

To nám umožňuje předpokládat možné scénáře pro život na planetách, kde lze získat tekutou vodu, ale pod silnými vrstvami ledu, které by bránily příchodu světla do organismů..

Dalším příkladem je studium suchých údolí Antarktidy. Tam získali fotosyntetické bakterie, které přežily chráněné uvnitř hornin (endolytické bakterie).

V tomto případě skála slouží jako podpora a ochrana před nepříznivými podmínkami místa. Tato strategie byla také zjištěna v solných pláních a horkých pramenech.

Obrázek 10. McMurdo Dry Valleys v Antarktidě, jednom z míst na Zemi, které se nejvíce podobá Marsu. Zdroj: USA Department of State from United States [Public domain], via Wikimedia Commons

Perspektivy astrobiologie

Vědecké hledání mimozemského života bylo dosud neúspěšné. Ale stává se stále sofistikovanějším, protože astrobiologický výzkum přináší nové znalosti. Příští desetiletí astrobiologického průzkumu bude svědkem:

  • Větší úsilí prozkoumat Mars a ledové měsíce Jupitera a Saturnu.
  • Bezprecedentní schopnost pozorovat a analyzovat extrasolární planety.
  • Větší potenciál navrhovat a studovat jednodušší formy života v laboratoři.

Všechny tyto pokroky nepochybně zvýší naši pravděpodobnost nalezení života na planetách podobných Zemi. Ale možná mimozemský život neexistuje nebo je tak rozptýlen po celé galaxii, že ho stěží máme šanci najít..

I když je druhý scénář pravdivý, výzkum astrobiologie stále více rozšiřuje naši perspektivu života na Zemi a jejího místa ve vesmíru..

Reference

  1. Chela-Flores, J. (1985). Evoluce jako kolektivní jev. Journal of Theoretical Biology, 117 (1), 107-118. doi: 10,1016 / s0022-5193 (85) 80166-1
  2. Eigenbrode, J. L., Summons, R. E., Steele, A., Freissinet, C., Millan, M., Navarro-González, R.,… Coll, P. (2018). Organická hmota konzervovaná ve 3 miliardách let starých kamenech v kráteru Gale na Marsu. Science, 360 (6393), 1096-1101. doi: 10,1126 / science.aas9185
  3. Goldman, A. D. (2015). Astrobiologie: Přehled. In: Kolb, Vera (eds). ASTROBIOLOGIE: Tisk CRC s evolučním přístupem
  4. Goordial, J., Davila, A., Lacelle, D., Pollard, W., Marinova, M. M., Greer, C. W.,… Whyte, L. G. (2016). Když jsme si všimli suchých mezí mikrobiálního života v permafrostu v suchém horním údolí, Antarktida. Časopis ISME, 10 (7), 1613-1624. doi: 10.1038 / ismej.2015.239
  5. Krasnopolsky, V. A. (2006). Některé problémy související s původem metanu na Marsu. Icarus, 180 (2), 359-367. doi: 10.1016 / j.icarus.2005.10.015
  6. LEVIN, G. V., & STRAAT, P. A. (1976). Vikingský značený biologický experiment: Průběžné výsledky. Science, 194 (4271), 1322-1329. doi: 10,1126 / science.194.4271.1322
  7. Ten Kate, I.L. (2018). Organické molekuly na Marsu. Science, 360 (6393), 1068-1069. doi: 10,1126 / science.aat2662
  8. Webster, C. R., Mahaffy, P. R., Atreya, S. K., Moores, J. E., Flesch, G. J., Malespin, C.,… Vasavada, A. R. (2018). Hladiny metanu v atmosféře Marsu v pozadí ukazují silné sezónní variace. Science, 360 (6393), 1093-1096. doi: 10,1126 / science.aaq0131
  9. Whiteway, J. A., Komguem, L., Dickinson, C., Cook, C., Illnicki, M., Seabrook, J.,… Smith, P. H. (2009). Mraky vody a ledu na Marsu a srážky. Science, 325 (5936), 68-70. doi: 10,1126 / science.1172344

Zatím žádné komentáře