АСТРОБІОЛОГІЯ: ІСТОРІЯ, ОБ’ЄКТ ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ЗНАЧЕННЯ - БІОЛОГІЯ - 2025

Астробіологія або екзобіология є галузь біології , яка займається походження, розподілу і динаміки життя в контексті з обох нашої планети, як у всьому всесвіті. Тоді ми могли б сказати, що як наука астробіологія є для Всесвіту, що таке біологія для планети Земля.

Завдяки широкому спектру дії астробіології, в ньому сходяться інші науки, такі як: фізика, хімія, астрономія, молекулярна біологія, біофізика, біохімія, космологія, геологія, математика, обчислювальна техніка, соціологія, антропологія, археологія тощо.

Малюнок 1. Художня інтерпретація зв'язку між життям та космосом. Джерело: NASA / Cheryse Triano

Астробіологія сприймає життя як явище, яке могло бути "універсальним". Він розглядає їх можливі контексти чи сценарії; його вимоги та його мінімальні умови; залучені процеси; її експансивні процеси; серед інших тем. Вона не обмежується розумним життям, але досліджує всі можливі типи життя.

Історія астробіології

Історія астробіології, можливо, сягає зародків людства як виду та його здатності ставити собі питання про космос і життя на нашій планеті. Звідси виникають перші бачення та пояснення, які досі існують у міфах багатьох народів.

Арістотелівське бачення

Арістотелівське бачення розглядало Сонце, Місяць, решту планет і зірок, як ідеальні сфери, які оберталися навколо нас, роблячи навколо себе концентричні кола.

Це бачення складало геоцентричну модель Всесвіту і було концепцією, що ознаменувало людство протягом середньовіччя. Напевно, не могло мати тоді сенсу питання про існування «мешканців» поза нашою планетою.

Вид Коперникана

У середньовіччі Ніколас Коперник запропонував свою геліоцентричну модель, яка розмістила Землю як ще одну планету, що обертається навколо Сонця.

Цей підхід глибоко вплинув на те, як ми дивимось на решту Всесвіту і навіть дивимось на себе, оскільки він поставив нас у місце, яке, можливо, було не таким "особливим", як ми думали. Тоді можливість існування інших планет, подібних до нашої, а разом з цим і життя, відрізняється від тієї, яку ми знаємо.

Малюнок 2. Геліоцентрична система Коперника. Джерело: Публічне надбання, через Wikimedia Commons

Перші ідеї позаземного життя

Французький письменник і філософ Бернард ле Бов'є де Фонтенель наприкінці 17 століття вже запропонував, що життя може існувати на інших планетах.

У середині 18 століття багато вчених, пов’язаних із Просвітництвом, писали про позаземне життя. Навіть провідні астрономи того часу, як Райт, Кант, Ламберт і Гершель, припускали, що планети, місяці і навіть комети можуть бути заселені.

Так розпочалося ХІХ століття з більшістю вчених-академіків, філософів та богословів, поділяючи віру в існування позаземного життя майже на всіх планетах. У той час це вважалося обгрунтованим припущенням, заснованим на зростаючому науковому розумінні космосу.

Переважні відмінності між небесними тілами Сонячної системи (щодо їх хімічного складу, атмосфери, сили тяжіння, світла і тепла) були ігноровані.

Однак, коли потужність телескопів зростала і з появою спектроскопії астрономи змогли почати розуміти хімію сусідніх планетних атмосфер. Таким чином, можна виключити, що довколишні планети були заселені організмами, схожими на земні.

Об'єкт вивчення астробіології

Астробіологія зосереджується на вивченні наступних основних питань:

• Що таке життя?
• Як виникло життя на Землі?
• Як розвивається і розвивається життя?
• Чи є життя деінде у Всесвіті?
• Яке майбутнє життя на Землі та інших місцях у Всесвіті, якщо воно існує?

З цих питань виникає багато інших питань, які стосуються об'єкта вивчення астробіології.

Марс як модель для вивчення та дослідження космосу

Червона планета - Марс - останній бастіон гіпотез позаземного життя всередині Сонячної системи. Ідея існування життя на цій планеті спочатку виникла із спостережень, зроблених астрономами наприкінці 19 - початку 20 століття.

Вони стверджували, що позначки на марсіанській поверхні - це фактично канали, побудовані населенням інтелектуальних організмів. Ці візерунки зараз вважаються добутком вітру.

Місії

Космічні зонди Марінера є прикладом космічної доби, яка почалася наприкінці 1950-х рр. Ця епоха дала можливість безпосередньо візуалізувати та досліджувати планетарні та місячні поверхні всередині Сонячної системи; таким чином, виключаючи претензії на багатоклітинні та легко впізнавані форми позаземного життя в Сонячній системі.

У 1964 році місія NASA Mariner 4 надіслала перші крупні фотографії поверхні Марсія, на яких зображена в основному пустельна планета.

Однак наступні місії на Марс та зовнішні планети дозволили детально ознайомитись із цими тілами та їхніми місяцями, і, особливо у випадку Марса, часткове розуміння їх ранньої історії.

В різних позаземних обстановках вчені виявили навколишнє середовище, не сильно відрізняється від середовища проживання в Землі.

Найважливішим висновком цих перших космічних місій була заміна спекулятивних припущень хімічними та біологічними доказами, що дозволяє об'єктивно вивчити та проаналізувати.

Чи є життя на Марсі? Місія

У першу чергу результати місій Марінера підтримують гіпотезу про неіснування життя на Марсі. Однак ми повинні врахувати, що шукали макроскопічного життя. Подальші місії поставили під сумнів відсутність мікроскопічного життя.

Малюнок 3. Орбітальний та наземний зонд місії вікінгів. Джерело: Дон Девіс, через Wikimedia Commons

Наприклад, з трьох експериментів, призначених для виявлення життя, проведених наземним зондом місії Вікінг, два були позитивними та один негативними.

Незважаючи на це, більшість вчених, які беруть участь в експериментах з зондів вікінгів, сходяться на думці, що немає жодних доказів життя бактерій на Марсі, і результати офіційно є непереконливими.

Малюнок 4. Посадочний зонд (Lander) місії вікінгів. Джерело: NASA / JPL-Caltech / Університет Арізони, через Wikimedia Commons

Місії

Після суперечливих результатів місій вікінгів Європейське космічне агентство (ESA) розпочало місію Mars Express у 2003 році, спеціально розроблену для екзобіологічних та геохімічних досліджень.

Ця місія включала зонд під назвою «Бігль 2» (однойменний корабель, на якому їздив Чарльз Дарвін), призначений для пошуку ознак життя на мілководній поверхні Марса.

Цей зонд, на жаль, втратив зв'язок із Землею і не міг задовільно виконати свою місію. Аналогічну долю мав зонд NASA "Марс Полярний Земля" в 1999 році.

Місія

Після цих невдалих спроб у травні 2008 року місія NASA Phoenix дісталася Марсу, отримавши надзвичайні результати лише за 5 місяців. Основними його цілями дослідження були екзобіологічні, кліматичні та геологічні.

Цей зонд зміг продемонструвати існування:

• Сніг в атмосфері Марса.
• Вода у вигляді льоду під верхніми шарами цієї планети.
• Основні ґрунти з рН між 8 і 9 (принаймні в районі, близькому до спуску).
• Рідка вода на поверхні Марса в минулому

Дослідження Марса тривають

Дослідження Марса триває і сьогодні, використовуючи високотехнологічні робототехнічні інструменти. Місії Rovers (MER-A та MER-B) дали вражаючі докази того, що на Марсі була активність води.

Наприклад, знайдено свіжі води, киплячі джерела, щільна атмосфера та активний кругообіг води.

Малюнок 5. Креслення Rover MER-B (Можливість) на поверхні Марса. Джерело: NASA / JPL / Cornell University, Maas Digital LLC, через Wikimedia Commons

На Марсі отримано докази того, що деякі скелі були сформовані у присутності рідкої води, наприклад, Яросіт, виявлений ровером MER-B (Opportunity), який діяв з 2004 по 2018 рік.

Rover MER-A (Curiosity) вимірював сезонні коливання метану, які завжди були пов'язані з біологічною активністю (дані, опубліковані в 2018 році в журналі Science). Він також виявив органічні молекули, такі як тіофен, бензол, толуол, пропан та бутан.

Малюнок 6. Сезонні коливання рівнів метану на Марсі, виміряні Rover MER-A (цікавість). Джерело: NASA / JPL-Caltech

На Марсі була вода

Хоча поверхня Марса в даний час негостинна, є чіткі докази того, що в далекому минулому марсіанський клімат дозволив накопичувати на поверхні рідку воду, важливий інгредієнт для життя, як ми це знаємо.

Дані Rover MER-A (цікавість) показують, що мільярди років тому озеро в кратері Гале містило всі необхідні для життя інгредієнти, включаючи хімічні компоненти та джерела енергії.

Марсіанські метеорити

Деякі дослідники вважають марсіанські метеорити хорошими джерелами інформації про планету, навіть припускаючи, що вони містять природні органічні молекули і навіть мікрофосили бактерій. Ці підходи є предметом наукових дискусій.

Малюнок 7. Мікроскопічний вигляд внутрішньої структури метеорита ALH84001, показуючи структури, схожі на бацили. Джерело: NASA, через Wikimedia Commons

Ці метеорити з Марса зустрічаються дуже рідко і являють собою єдині безпосередньо проаналізовані зразки червоної планети.

Панспермія, метеорити та комети

Одна з гіпотез, що сприяє вивченню метеоритів (а також комет), отримала назву панспермія. Це складається з припущення, що в минулому колонізація Землі відбувалася мікроорганізмами, які потрапили всередину цих метеоритів.

Сьогодні також існують гіпотези, які дозволяють припустити, що наземна вода надходила з комет, які бомбили нашу планету в минулому. Крім того, вважається, що ці комети, можливо, принесли із собою первісні молекули, що дозволяло розвивати життя або навіть вже розвинене життя, поселене всередині них.

Нещодавно, у вересні 2017 року, Європейське космічне агентство (ESA) успішно завершило місію «Россета», розпочату в 2004 році. Ця місія полягала в дослідженні комети 67P / Чурюмов-Герасименко із зондом Філа, який досяг і вийшов на орбіту, до потім спуститися. Результати цієї місії ще вивчаються.

Важливість астробіології

Парадокс Фермі

Можна сказати, що первісне питання, що мотивує вивчення аастробіології, це: чи ми одні у Всесвіті?

Тільки в Чумацькому Шляху є сотні мільярдів зіркових систем. Цей факт у поєднанні з віком Всесвіту говорить про те, що життя має бути звичним явищем у нашій галактиці.

З цього приводу відоме питання, яке задає фізик-фізик Енріко Фермі: "Де всі?", Яке він запитав у контексті обіду, де обговорювався факт, що галактика повинна бути повною. життя.

Питання зрештою породило парадокс, який носить його ім'я і який викладений так:

Програма SETI та пошук позаземного інтелекту

Одним із можливих відповідей на парадокс Фермі може бути те, що цивілізації, про які ми думаємо, є насправді, але ми їх не шукали.

У 1960 році Френк Дрейк разом з іншими астрономами розпочав програму «Пошук позаземного інтелекту» (SETI).

Ця програма доклала спільних зусиль з NASA у пошуках ознак позаземного життя, таких як радіо- та мікрохвильові сигнали. Питання, як і де шукати ці сигнали, призвели до великих успіхів у багатьох галузях науки.

Малюнок 8. Радіотелескоп, що використовується SETI в Аресібо, Пуерто-Рико. Джерело: JidoBG, з Wikimedia Commons

У 1993 році Конгрес США скасував фінансування НАСА для цієї мети внаслідок хибних уявлень про значення того, що означає пошук. Сьогодні проект SETI фінансується приватними коштами.

Проект SETI навіть породив голлівудські фільми, такі як "Контакт", у головній ролі актриси Джоді Фостер та натхненний однойменним романом, написаним всесвітньо відомим астрономом Карлом Саганом.

Рівняння Дрейка

Френк Дрейк підрахував кількість цивілізацій з навичками спілкування, використовуючи вираз, що носить його ім'я:

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

Де N являє собою кількість цивілізацій, здатних спілкуватися із Землею, і виражається функцією інших змінних, таких як:

• R *: швидкість утворення зірок, схожих на наше Сонце
• f _p : частка цих зіркових систем із планетами
• n _е : кількість планет, подібних до Землі, на одну планетарну систему
• f _l : частка цих планет, де розвивається життя
• f _i : частка, в якій виникає інтелект
• f _c : частка комунікаційно підходящих планет
• Л: тривалість життя цих цивілізацій.

Дрейк сформулював це рівняння як інструмент для «розміщення» проблеми, а не як елемент для конкретних оцінок, оскільки багато його термінів оцінити вкрай важко. Однак існує консенсус, що кількість, яке вона прагне кинути, велике.

Нові сценарії

Слід зазначити, що коли було сформульовано рівняння Дрейка, було дуже мало свідчень про планети та місяці поза нашою Сонячною системою (екзопланети). Саме в 90-х роках з'явилися перші свідчення про екзопланети.

Малюнок 9. Телескоп Кеплера. Джерело: NASA, через Wikimedia Commons

Наприклад, місія NASA Kepler виявила 3538 кандидатів на екзопланети, з яких щонайменше 1000 вважаються у "житловій зоні" розглянутих систем (відстань, яка дозволяє існувати рідкої води).

Астробіологія та дослідження кінців Землі

Одне з достоїнств астробіології полягає в тому, що вона надихнула значною мірою бажання досліджувати власну планету. Це з надією зрозуміти за аналогією дію життя в інших умовах.

Наприклад, дослідження гідротермальних отворів на океанському дні дозволило нам вперше спостерігати життя, не пов’язане з фотосинтезом. Тобто ці дослідження показали нам, що можуть існувати системи, в яких життя не залежить від сонячного світла, які завжди вважалися неодмінною вимогою.

Це дозволяє нам припустити можливі сценарії життя на планетах, де можна знайти рідку воду, але під товстими шарами льоду, що запобігло б надходженню світла до організмів.

Інший приклад - вивчення сухих долин Антарктиди. Там вони отримали фотосинтетичні бактерії, які виживають укриті всередині скель (ендолітичні бактерії).

У цьому випадку скеля служить і опорою, і як захист від несприятливих умов місця. Ця стратегія була виявлена ​​також у соляних квартирах та гарячих джерелах.

Малюнок 10. Сухі долини Макмурдо в Антарктиді, одному з місць на Землі, найбільш схожий на Марс. Джерело: Державний департамент США від США через Wikimedia Commons

Перспективи астробіології

Науковий пошук позаземного життя поки що не вдався. Але вона стає все більш досконалою, оскільки астробіологічні дослідження дають нові уявлення. Наступне десятиліття астробіологічної розвідки побачить:

• Більше зусиль досліджувати Марс та крижані місяці Юпітера та Сатурна.
• Безпрецедентна здатність спостерігати та аналізувати позасонячні планети.
• Більший потенціал для розробки та вивчення простіших форм життя в лабораторії.

Усі ці досягнення, безсумнівно, збільшать нашу ймовірність знайти життя на планетах, подібних до Землі. Але, можливо, позаземного життя не існує або настільки розсіяне по всій галактиці, що ми майже не маємо шансів його знайти.

Навіть якщо останній сценарій вірний, дослідження в галузі астробіології все більше розширюють нашу перспективу життя на Землі та її місця у Всесвіті.

Список літератури

1. Chela-Flores, J. (1985). Еволюція як колективне явище. Журнал теоретичної біології, 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). Органічні речовини збереглися в 3-мільярдних давнинах у кратері Гале, Марс. Наука, 360 (6393), 1096-1101. doi: 10.1126 / science.aas9185
3. Goldman, AD (2015). Астробіологія: огляд. В: Колб, Віра (ред.). АСТРОБІОЛОГІЯ: Еволюційний підхід CRC Press
4. Goordial, J., Davila, A., Lacelle, D., Pollard, W., Marinova, MM, Greer, CW,… Whyte, LG (2016). Наближається до холодних посушливих меж життя мікробів у вічній мерзлоті верхньої сухої долини, Антарктида. Журнал ISME, 10 (7), 1613–1624. doi: 10.1038 / ismej.2015.239
5. Краснопольський, В. А. (2006). Деякі проблеми, пов'язані з походженням метану на Марсі. Ікар, 180 (2), 359–367. doi: 10.1016 / j.icarus.2005.10.015
6. LEVIN, GV, & STRAAT, PA (1976). Експеримент з біології з випуском «Вікінг»: проміжні результати. Наука, 194 (4271), 1322-1329. doi: 10.1126 / наук.194.4271.1322
7. Десять Кейт, Іллінойс (2018). Органічні молекули на Марсі. Наука, 360 (6393), 1068-1069. doi: 10.1126 / science.aat2662
8. Вебстер, CR, Mahaffy, PR, Atreya, SK, Moores, JE, Flesch, GJ, Malespin, C.,… Vasavada, AR (2018). Фонові рівні метану в атмосфері Марса демонструють сильні сезонні зміни. Наука, 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-крижані хмари та опади. Науки, 325 (5936), 68–70. doi: 10.1126 / наука.1172344