“Avatar” filminde, bir bakışta uzaylı ay Pandora'nın uzaylı yaşamla dolu olduğunu söyleyebiliriz. Tek gram toprakta 50 milyon bakteriyel organizma vardır ve dünya çapında bakteriyel biyokütle tüm bitki ve hayvanlarınkini aşıyor. Mikroplar aşırı sıcaklık, tuzluluk, asitlik, radyasyon ve basınç ortamlarında büyüyebilir. Güneş sistemimizde başka bir yerde yaşamla karşılaşacağımız en muhtemel biçim mikrobiyaldir.
Astrobiyologlar, yabancı mikrobiyal yaşamın varlığını veya fosilleşmiş kalıntılarını ortaya çıkarmak için stratejilere ihtiyaç duyarlar. Öngörülebilir gelecekte uzay aracıyla keşfetmek için çok uzak olan diğer yıldızların uzak gezegenlerinde yabancı yaşamın varlığını çıkarmak için stratejilere ihtiyaçları var. Bunları yapmak için, yaşamın hayattan bağımsız olarak güvenilir bir şekilde ayırt edilmesini mümkün kılacak bir yaşam tanımı istiyorlar.
Ne yazık ki, bu serinin ilk bölümünde gördüğümüz gibi, canlılar hakkındaki bilgilerimizdeki muazzam büyümeye rağmen, filozoflar ve bilim adamları böyle bir tanım üretemediler. Astrobiyologlar, kısmi olan ve istisnaları olan tanımlarla ellerinden gelenin en iyisini yaparlar. Onların arayışı, şu anda bildiğimiz tek yaşam olan Dünya'daki yaşamın özelliklerine yöneliktir.
İlk taksitte, karasal yaşam kompozisyonunun dünya dışı yaşam arayışını nasıl etkilediğini gördük. Astrobiyologlar bir zamanlar sıvı su içeren veya halihazırda sıvı su içeren ve karbon bazlı karmaşık moleküller içeren ortamlar ararlar. Bununla birlikte, birçok bilim adamı, yaşamın temel özelliklerini, kompozisyonu yerine kapasiteleriyle ilgili olarak görmektedir.
1994 yılında, bir NASA komitesi, yaşamın bir tanımını Carl Sagan'ın önerisine dayanan “Darwinci evrimine muktedir kendi kendini sürdüren bir kimyasal sistem” olarak kabul etti. Bu tanım, yaşamın tanımlarında tipik olarak bahsedilen metabolizma ve evrim olmak üzere iki özellik içerir.
Metabolizma, canlıların kendilerini korumak, büyümek ve gelişmek için aktif olarak enerji kullandıkları bir dizi kimyasal süreçtir. Termodinamiğin ikinci yasasına göre, dış çevresi ile etkileşime girmeyen bir sistem zamanla daha düzensiz ve homojen hale gelecektir. Canlılar, metabolizmalarını güçlendirmek için dış ortamlarındaki enerji kaynaklarından yararlandıkları için olanaksız, son derece organize durumlarını inşa eder ve korurlar.
Bitkiler ve bazı bakteriler daha basit alt ünitelerden daha büyük organik moleküller üretmek için güneş ışığını kullanır. Bu moleküller, daha sonra metabolizmalarını güçlendirmek için diğer kimyasal reaksiyonlarla çıkarılabilen kimyasal enerji depolar. Hayvanlar ve bazı bakteriler bitki veya diğer hayvanları yiyecek olarak tüketir. Depolanan kimyasal enerjilerini çıkarmak için yiyeceklerindeki karmaşık organik molekülleri daha basit moleküllere ayırırlar. Bazı bakteriler, kemosentez sürecinde cansız kaynaklardan elde edilen kimyasallarda bulunan enerjiyi kullanabilir.
2014 tarihli bir makalede Astrobiyoloji, Harvard evrimsel bir biyolog Lucas John Mix, yaşamın metabolik tanımını Haldane Hayat öncü fizyolog J. B. S. Haldane'den sonra. Haldane yaşam tanımının sorunları var. Jüpiter'in Büyük Kırmızı Noktası gibi kasırgalar ve girdaplar, düzenli yapılarını sürdürmek için çevre enerjisini kullanır, ancak hayatta değildir. Ateş, kendisini korumak ve büyümek için çevreden gelen enerjiyi kullanır, ancak hayatta da değildir.
Eksikliklerine rağmen, astrobiyologlar deneyleri tasarlamak için Haldane tanımını kullandılar. Viking Mars Landers, Mars mikroplarının sözde metabolik aktivitelerini tespit ederek dünya dışı yaşamı doğrudan test etmek için şimdiye kadar tek girişimde bulundu. Mars metabolizmasının kimyasal olarak karasal muadiline benzediğini varsaydılar.
Bir deney, enerjilerini çıkarmak için besinlerin daha basit moleküllere metabolik olarak parçalanmasını tespit etmeye çalıştı. İkincisi, oksijeni fotosentezin bir atık ürünü olarak tespit etmeyi amaçladı. Üçüncüsü, fotosentez sırasında da meydana gelen daha basit alt birimlerden karmaşık organik moleküllerin üretimini göstermeye çalıştı. Her üç deneyin de olumlu sonuçlar verdiği görülmüştür, ancak birçok araştırmacı ayrıntılı bulguların topraktaki kimyasal oksitleyici maddeler tarafından biyoloji olmadan açıklanabileceğine inanmaktadır.
Viking sonuçlarından bazıları bugün için tartışmalıdır. O zamanlar birçok araştırmacı, Mars topraklarında organik madde bulamamanın metabolik sonuçların biyolojik bir yorumunu dışladığını hissetti. Mars toprağının aslında Viking analizi sırasında perkloratlar tarafından tahrip olmuş olabilecek organik moleküller içerdiğine ve sıvı yüzeyinin bir zamanlar Mars yüzeyinde bol miktarda bulunduğuna dair bulgu, Viking'in gerçekten tespit etmeyi başarabileceği iddiasına yeni bir olasılık kazandırdı. hayat. Bununla birlikte, Viking sonuçları kendi başlarına Mars'ta yaşamın varlığını kanıtlamamış ve dışlamamıştır.
Yaşamın metabolik aktiviteleri, gezegen atmosferinin bileşimi üzerinde de iz bırakabilir. 2003 yılında, Avrupa Mars Express uzay aracı Mars atmosferinde metan izleri tespit etti. Aralık 2014'te NASA bilim adamlarından oluşan bir ekip, Curiosity Mars gezgininin bu bulguyu Mars yüzeyinden algılanan atmosferik metanla doğruladığını bildirdi.
Dünya atmosferindeki metanın çoğu canlı organizmalar veya kalıntıları tarafından salınır. Enerji kaynağı olarak kemosentezi kullanan yer altı bakteri ekosistemleri yaygındır ve metabolik atık ürün olarak metan üretir. Ne yazık ki, metan üretebilen biyolojik olmayan jeokimyasal süreçler de vardır. Yani, bir kez daha, Mars metanı bir yaşam belirtisi olarak sinir bozucu bir şekilde belirsiz.
Diğer yıldızların etrafında dönen ekstrasolar gezegenler, öngörülebilir gelecekte uzay aracıyla ziyaret etmek için çok uzaktır. Astrobiyologlar hala yaşamlarını aramak için Haldane tanımını kullanmayı umuyorlar. Yakın gelecekteki uzay teleskoplarıyla, gökbilimciler, atmosferleri tarafından yansıtılan veya iletilen ışık dalga boylarının spektrumunu analiz ederek bu gezegenlerin atmosferlerinin bileşimini öğrenmeyi umuyorlar. 2018'de piyasaya sürülmesi planlanan James Webb Uzay Teleskobu, bu projede ilk faydalı olacak. Astrobiyologlar atmosferik biyobelirteçleri aramak ister; canlı organizmaların metabolik atık ürünleri olan gazlar.
Bir kez daha, bu arayış, şu anda sahip olduğumuz hayat taşıyan bir gezegenin tek örneği tarafından yönlendiriliyor; Dünya. Ev gezegenimizin atmosferinin yaklaşık% 21'i oksijendir. Bu şaşırtıcıdır, çünkü oksijen diğer maddelerle kimyasal kombinasyonlara girme eğilimi gösteren oldukça reaktif bir gazdır. Serbest oksijen hızla havadan yok olmalıdır. Mevcut kalır çünkü kayıp sürekli olarak onu fotosentezin metabolik bir atık ürünü olarak serbest bırakan bitkiler ve bakterilerle değiştirilir.
Kemosentetik bakteriler nedeniyle Dünya atmosferinde metan izleri bulunur. Metan ve oksijen birbirleriyle reaksiyona girdiğinden, canlı organizmalar arzı sürekli olarak yenilemedikçe ikisi de uzun süre kalmazdı. Dünya atmosferi aynı zamanda metabolik yan ürünler olan diğer gazların izlerini de içerir.
Genel olarak, canlılar enerjiyi Dünya'nın atmosferini hayat olmadan ulaşacağı termodinamik dengeden uzak bir durumda tutmak için kullanırlar. Astrobiyologlar, atmosferi olan herhangi bir gezegene benzer bir yaşam sürdürme durumundan şüpheleneceklerdi. Ancak, diğer durumlarda olduğu gibi, biyolojik olmayan olasılıkları tamamen dışlamak zor olacaktır.
NASA komitesi metabolizmanın yanı sıra evrimi canlıların temel yeteneği olarak tanımladı. Evrimsel bir sürecin gerçekleşmesi için, her birinin kendini güvenilir bir şekilde üretebildiği bir grup sistem olmalıdır. Üremenin genel güvenilirliğine rağmen, sistemlerin farklı özelliklere sahip olması için üreme sürecinde nadiren rasgele kopyalama hataları olmalıdır. Son olarak, sistemler, çevrelerindeki ayırt edici özelliklerinin yararlarına veya yükümlülüklerine dayanarak hayatta kalma ve üreme yeteneklerinde farklı olmalıdır. Bu süreç nesiller boyunca tekrar tekrar tekrarlandığında, sistemlerin özellikleri çevrelerine daha iyi adapte olur. Çok karmaşık özellikler bazen adım adım gelişebilir.
Mix buna Darwin hayatı tanımı, evrim teorisini formüle eden 19. yüzyıl doğa bilimci Charles Darwin'den sonra. Haldane tanımı gibi, Darwin yaşam tanımının da önemli eksiklikleri vardır. Canlı olarak düşünebileceğimiz her şeyi dahil etmekte zorlanıyor. Örneğin, katırlar çoğalamaz ve bu nedenle, bu tanıma göre, canlı olarak sayılmaz.
Bu tür eksikliklere rağmen, Darwin yaşam tanımı, hem yaşamın kökenini inceleyen bilim adamları hem de astrobiyologlar için kritik derecede önemlidir. Darwin'in teorisinin modern versiyonu, çeşitli basit ve karmaşık yaşam biçimlerinin başlangıçtaki basit formlardan nasıl evrimleşebileceğini açıklayabilir. İlk basit formun ilk etapta evrimleşme kapasitesini nasıl kazandığını açıklamak için yaşamın kökeni teorisine ihtiyaç vardır.
Güneş sistemimizdeki diğer gezegenlerde veya uydularda bulunan kimyasal sistemler veya yaşam formları, Darwin tanımının oluşturduğu yaşam ile yaşam dışı arasındaki sınıra yakın olacak kadar basit olabilir. Tanım, buldukları bir kimyasal sistemin gerçekten bir yaşam formu olarak nitelenip nitelenmediğine karar vermeye çalışan astrobiyologlar için hayati olabilir. Biyologlar hala hayatın nasıl doğduğunu bilmiyorlar. Astrobiyologlar Darwin sınırına yakın sistemler bulabilirlerse, bulguları yaşamın kökenini anlamak için çok önemli olabilir.
Astrobiyologlar Darwin tanımını dünya dışı yaşamı bulmak ve incelemek için kullanabilirler mi? Bir ziyaret uzay aracının evrim sürecinin kendisini algılayabilmesi pek olası değildir. Ancak, canlı organizmaların evrimsel bir süreçte yer alabilmek için ihtiyaç duydukları moleküler yapıları saptayabilir. Filozof Mark Bedau, evrim geçirebilen minimal bir sistemin üç şeye sahip olması gerektiğini önerdi: 1) kimyasal metabolik süreç, 2) sistemin sınırlarını belirlemek için hücre zarı gibi bir kap ve 3) bir kimyasal Metabolik aktiviteleri yönlendirebilen “program”.
Burada Dünya'da kimyasal program genetik molekül DNA'sına dayanmaktadır. Birçok yaşam kaynağı teorisyeni, en erken karasal yaşam formlarının genetik molekülünün daha basit molekül ribonükleik asit (RNA) olabileceğini düşünmektedir. Genetik program evrimsel bir süreç için önemlidir, çünkü üreme kopyalama sürecini sadece ara sıra hatalarla stabil hale getirir.
Hem DNA hem de RNA biyopolimerlerdir; birçok tekrar eden alt birim içeren uzun chainlike molekülleri. Bu moleküllerde nükleotid baz alt birimlerinin spesifik sekansı, taşıdıkları genetik bilgiyi kodlar. Molekülün olası tüm genetik bilgi dizilerini kodlayabilmesi için, alt birimlerin herhangi bir sırada oluşması mümkün olmalıdır.
Hesaplamalı bir genomik araştırmacısı olan Steven Benner, uzaylı genetik biyopolimerleri tespit etmek için uzay aracı deneyleri geliştirebileceğimize inanıyor. DNA ve RNA'nın çok sıra dışı biyopolimerler olduğunu not eder, çünkü alt birimlerinin meydana geldiği sırayı değiştirmek kimyasal özelliklerini değiştirmez. Bu moleküllerin olası herhangi bir genetik kod dizisinin kararlı taşıyıcıları olmasına izin veren bu alışılmadık özelliktir.
DNA ve RNA'nın her ikisi de polielektrolitlerdir; negatif elektrik yükü düzenli olarak tekrarlanan alanları olan moleküller. Benner, olağanüstü istikrarlarını açıklayan şeyin bu olduğuna inanıyor. Herhangi bir yabancı genetik biyopolimerin de bir polielektrolit olması gerektiğini ve bir uzay aracının bu tür polielektrolit moleküllerini tespit edebileceği kimyasal testlerin tasarlanabileceğini düşünüyor. DNA'nın uzaylı karşılığını bulmak çok heyecan verici bir olasılıktır ve uzaylı yaşamını belirleme bulmacasının bir başka parçasıdır.
1996'da Başkan Clinton, Mars'ta yaşamın olası keşfinin dramatik bir açıklamasını yaptı. Clinton’un konuşması, David McKay’in ekibinin Alan Hills göktaşı ile elde ettiği bulgularla motive oldu. Aslında, McKay bulguları, olası Mars yaşamının daha büyük bulmacasının sadece bir parçası olduğu ortaya çıktı. Bir uzaylı bir gün bekleyen kameralarımızı geçmezse, dünya dışı yaşamın var olup olmadığı sorusunun tek bir deney veya ani dramatik bir atılım ile çözülmesi olası değildir. Filozofların ve bilim adamlarının hayatın tek, kesin ateşli bir tanımı yoktur. Astrobiyologlar bu nedenle sorunu çözecek tek bir kesin ateş testine sahip değillerdir. Mars'ta veya güneş sisteminin başka bir yerinde basit yaşam formları varsa, şimdi bu gerçeğin, birçok yakınsama kanıt hattına dayanarak kademeli olarak ortaya çıkması muhtemel görünmektedir. Bulana kadar ne aradığımızı gerçekten bilemeyiz.
Kaynaklar ve ilave okumalar:
P. Anderson (2011) Merak, Viking'in Mars'ta Yaşam Bulup Bulmadığını Belirleyebilir mi?, Uzay Dergisi.
S.K. Atreya, P.R. Mahaffy, A-S. Wong, (2007), Metan ve Mars'taki ilgili iz türler: Köken, kayıp, yaşam için sonuçlar ve yaşanabilirlik, Gezegen ve Uzay Bilimleri, 55:358-369.
M. A. Bedau (2010), asgari kimyasal ömrün bir Aristoteles hesabı, Astrobiyoloji, 10(10): 1011-1020.
S. Benner (2010), Yaşamı tanımlamak, Astrobiyoloji, 10(10):1021-1030.
E. Machery (2012), Yaşamın tanımı hakkında neden endişelenmeyi bıraktım… ve neden siz de yapmalısınız? Synthese, 185:145-164.
Marion, C.H. Fritsen, H.Eicken, M. C. Payne, (2003) Europa'da yaşam arayışı: Çevresel faktörleri, potansiyel yaşam alanlarını ve Dünya analoglarını sınırlamak. Astrobiyoloji 3(4):785-811.
L.J. Mix (2015), Yaşamın tanımlarını savunmak, Astrobiyoloji, 15 (1) yayınlanmadan önce çevrimiçi olarak yayınlanmıştır.
P. E. Patton (2014) Karışıklık Ayları: Dünya Dışı Yaşam Bulmak Neden Düşündüğümüzden Daha Zor Olabilir, Uzay Dergisi.
T. Reyes (2014) NASA’nın Merak Rover'ı Metan'ı, Mars'taki organik maddeleri, Space Magazine'i tespit etti.
S. Seeger, M. Schrenk ve W. Bains (2012), Dünya bazlı biyo-imza gazlarına astrofizik bir bakış. Astrobiyoloji, 12(1): 61-82.
S. Tirard, M. Morange ve A. Lazcano, (2010), Yaşamın tanımı: Zor bir bilimsel çabanın kısa bir tarihi, Astrobiyoloji, 10(10):1003-1009.
C. Webster ve MSL Bilim ekibinin diğer birçok üyesi, (2014) Gale kraterinde Mars metan tespiti ve değişkenliği, BilimBilim erken içeriği ifade eder.
Viking Mars Landers hayatın yapı taşlarını buldu mu? Eksik parça bulmacanın yeni görünümüne ilham verir. Science Daily Featured Research5 Eylül 2010
NASA gezgini Mars'ta aktif ve eski organik kimyayı bulur, Jet Propulsion laboratuvarı, California Teknoloji Enstitüsü, Haberler, 16 Aralık 2014.
