Kuidas teadlased maavälist elu otsivad

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-16 16:03

Võib-olla on kusagil universumis ka teisi asustatud maailmu. Kuid seni, kuni me need leidsime, on miinimumprogramm tõestada, et elu väljaspool Maad on vähemalt mingil kujul olemas. Kui lähedal me sellele oleme?

Viimasel ajal kuuleme üha enam avastustest, mis "võivad viidata" maavälise elu olemasolule. Alles 2020. aasta septembris sai teatavaks fosfiingaasi avastamisest Veenuselt – potentsiaalse märgi mikroobide elust – ja soolajärvedest Marsil, kus võivad eksisteerida ka mikroobid.

Kuid viimase 150 aasta jooksul on kosmoseuurijad rohkem kui kord unistanud soovmõtlemisest. Põhiküsimusele pole endiselt usaldusväärset vastust. Või on ikkagi, aga teadlased on harjumusest ettevaatlikud?

Teleskoobiliinid

Itaalia astronoom Giovanni Schiaparelli nägi 1870. aastatel läbi teleskoobi Marsi pinnal pikki peenikesi jooni ja kuulutas need "kanaliteks". Oma avastust rääkivale raamatule pani ta üheselt pealkirjaks "Elu planeedil Marsil". "On raske mitte näha Marsil pilte, mis on sarnased nendega, mis moodustavad meie maapealse maastiku," kirjutas ta.

Itaalia keeles tähendas sõna canali nii looduslikke kui tehislikke kanaleid (teadlane ise polnud nende olemuses kindel), kuid tõlgituna kaotas see selle mitmetähenduslikkuse. Schiaparelli järgijad on juba selgelt öelnud Marsi karmi tsivilisatsiooni kohta, mis kuivas kliimas lõi kolossaalsed niisutusrajatised.

Lenin, kes luges 1908. aastal Percival Lowelli raamatut "Marss ja selle kanalid", kirjutas: "Teaduslik töö. Tõestab, et Marss on asustatud, et kanalid on tehnika ime, et inimesed peaksid seal olema 2/3 korda suuremad kui kohalikud inimesed, pealegi tüvedega, sulgede või loomanahkadega kaetud, nelja-kuue jalaga.

N … jah, meie autor pettis meid, kirjeldades Marsi kaunitarid puudulikult, peaks olema retsepti järgi: "Madalate tõdede pimedus on meile kallim, kui me kasvatame pettust". Lowell oli miljonär ja endine diplomaat. Talle meeldis astronoomia ja ta ehitas oma raha abil Ameerika ühe arenenuma observatooriumi. Just tänu Lowellile jõudis Marsi elu teema maailma suurimate ajalehtede esikaantele.

Tõsi, juba 19. sajandi lõpul olid paljud uurijad "kanalite" avanemises kahtlevad. Vaatlused andsid pidevalt erinevaid tulemusi – kaardid läksid lahku isegi Schiaparelli ja Loeulli puhul. 1907. aastal tõestas bioloog Alfred Wallace, et temperatuur Marsi pinnal on palju madalam, kui Lowell eeldas, ja õhurõhk on liiga madal, et vesi vedelal kujul eksisteeriks.

1970. aastatel planeedi kosmosest fotosid teinud planeetidevaheline jaam "Mariner-9" pani kanalite ajaloole punkti: "kanalid" osutusid optiliseks illusiooniks.

Alates 20. sajandi teisest poolest on lootused leida kõrgelt organiseeritud elu kahanenud. Kosmoselaevade abil tehtud uuringud on näidanud, et tingimused lähedalasuvatel planeetidel pole ligilähedasedki Maa omadele: liiga tugevad temperatuurilangused, hapnikutunnusteta atmosfäär, tugev tuul ja tohutu rõhk.

Teisest küljest on elu arengu uurimine Maal tekitanud huvi sarnaste protsesside otsimise vastu kosmoses. Me ju ei tea siiani, kuidas ja tänu millele elu põhimõtteliselt tekkis.

Viimastel aastatel on selles suunas toimunud palju sündmusi. Peamine huvipakkumine on vee, orgaaniliste ühendite, millest saaks moodustuda valgulised eluvormid, aga ka biosignatuuride (elusorganismide poolt toodetud ained) ja võimalike bakterite jälgede otsimine meteoriitides.

Vedelikukindel

Vee olemasolu on meie teadaoleva elu olemasolu eelduseks. Vesi toimib teatud tüüpi valkude lahusti ja katalüsaatorina. Samuti on see ideaalne keskkond keemilisteks reaktsioonideks ja toitainete transpordiks. Lisaks neelab vesi infrapunakiirgust, nii et see suudab säilitada soojust – see on oluline külmade taevakehade puhul, mis asuvad valgustist üsna kaugel.

Vaatlusandmed näitavad, et tahkes, vedelas või gaasilises olekus vett leidub Merkuuri poolustel, meteoriitide ja komeetide sees, samuti Jupiteril, Saturnil, Uraanil ja Neptuunil. Teadlased on ka väitnud, et Jupiteri kuudel Europa, Ganymedes ja Callisto on tohutud vedela vee ookeanid. Nad leidsid selle ühel või teisel kujul tähtedevahelises gaasis ja isegi sellistes uskumatutes kohtades nagu tähtede fotosfäär.

Kuid vee jälgede uurimine võib astrobioloogidele (maavälise bioloogia spetsialistidele) olla paljulubav ainult siis, kui on olemas muud sobivad tingimused. Näiteks temperatuurid, rõhk ja keemiline koostis samal Saturnil ja Jupiteril on liiga äärmuslikud ja muutlikud, et elusorganismid ei saaks nendega kohaneda.

Teine asi on meie lähedased planeedid. Isegi kui nad tänapäeval tunduvad külalislahked, võivad neile jääda väikesed oaasid, millel on "endise luksuse jäänused".

2002. aastal avastas Mars Odyssey orbiit Marsi pinna all vesijää. Kuus aastat hiljem kinnitas sond Phoenix oma eelkäija tulemusi, saades poolusest võetud jääproovist vedelat vett.

See oli kooskõlas teooriaga, et vedel vesi oli Marsil üsna hiljuti (astronoomiliste standardite järgi). Mõnede allikate väitel sadas Punasel planeedil vihma "ainult" 3,5 miljardit aastat tagasi, teiste andmetel - isegi 1,25 miljonit aastat tagasi.

Kohe tekkis aga takistus: vesi Marsi pinnal ei saa vedelas olekus eksisteerida. Madala atmosfäärirõhu korral hakkab see kohe keema ja aurustuma – või külmub. Seetõttu on suurem osa teadaolevast veest planeedi pinnal jääseisundis. Oli lootust, et kõige huvitavam toimub pinna all. Nii tekkiski hüpotees soolajärvedest Marsi all. Ja just teisel päeval sai ta kinnituse.

Itaalia kosmoseagentuuri teadlased avastasid ühel Marsi poolusel neljast vedela veega järvest koosneva süsteemi, mis asuvad enam kui 1,5 kilomeetri sügavusel. Avastus tehti raadioheliandmete abil: seade suunab raadiolained planeedi sisemusse ning teadlased määravad nende peegelduse järgi selle koostise ja struktuuri.

Terve järvede süsteemi olemasolu viitab töö autorite sõnul sellele, et tegemist on Marsi jaoks tavalise nähtusega.

Soolade täpne spetsiifiline kontsentratsioon Marsi järvedes on siiani teadmata, samuti nende koostis. Marsi programmi teadusdirektori Roberto Orosei sõnul räägime väga tugevatest lahendustest, mille soolasisaldus on "kümneid protsenti".

Maal leidub halofiilseid mikroobe, mis armastavad kõrget soolsust, selgitab mikrobioloog Elizaveta Bonch-Osmolovskaja. Nad vabastavad aineid, mis aitavad säilitada vee-elektri tasakaalu ja kaitsta rakustruktuure. Kuid isegi äärmiselt soolastes maa-alustes järvedes (brins), mille kontsentratsioon on kuni 30%, on selliseid mikroobe vähe.

Orosei sõnul võisid Marsi järvedesse jääda jäljed eluvormidest, mis eksisteerisid siis, kui planeedi pinnal valitses soojem kliima ja vesi ning tingimused meenutasid varakult Maad.

Kuid on veel üks takistus: vee koostis. Marsi pinnas on rikas perkloraadide – perkloorhappe soolade poolest. Perkloraadi lahused külmuvad oluliselt madalamal temperatuuril kui tavaline või isegi merevesi. Kuid probleem on selles, et perkloraadid on aktiivsed oksüdeerijad. Need soodustavad orgaaniliste molekulide lagunemist, mis tähendab, et need on mikroobidele kahjulikud.

Võib-olla alahindame elu võimet kohaneda kõige karmimate tingimustega. Kuid selle tõestamiseks peate leidma vähemalt ühe elava raku.

"Tellised" ilma tulistamiseta

Maal elavaid eluvorme ei saa ette kujutada ilma keeruliste süsinikku sisaldavate orgaaniliste molekulideta. Iga süsinikuaatom võib samaaegselt luua kuni neli sidet teiste aatomitega, mille tulemuseks on tohutult palju ühendeid. Süsiniku "skelett" on olemas kõigi orgaaniliste ainete baasil - sealhulgas valkudes, polüsahhariidides ja nukleiinhapetes, mida peetakse elu kõige olulisemateks "ehituskivideks".

Panspermia hüpotees lihtsalt kinnitab, et elu oma lihtsamates vormides tuli Maale kosmosest. Kusagil tähtedevahelises ruumis tekkisid tingimused, mis võimaldasid keerulisi molekule kokku panna.

Võib-olla mitte raku, vaid omamoodi protogenoomi - nukleotiidide kujul, mis suudavad paljuneda kõige lihtsamal viisil ja kodeerivad molekuli ellujäämiseks vajalikku teavet.

Esimest korda ilmnes selliste järelduste alus 50 aastat tagasi. 1969. aastal Austraalias alla kukkunud Marchisoni meteoriidi seest leiti uratsiili ja ksantiini molekulid. Need on lämmastiku alused, mis on võimelised moodustama nukleotiide, millest juba koosnevad nukleiinhappepolümeerid – DNA ja RNA.

Teadlaste ülesanne oli välja selgitada, kas need leiud on Maa reostuse tagajärg, pärast kukkumist või on need maavälist päritolu. Ja 2008. aastal õnnestus radiosüsiniku meetodil kindlaks teha, et uratsiil ja ksantiin tekkisid tõepoolest enne meteoriidi Maale langemist.

Nüüd on Marchisonist ja sarnastest meteoriitidest (neid nimetatakse süsinikukondriitideks) teadlased leidnud kõikvõimalikke aluseid, millest ehitatakse nii DNA kui ka RNA: komplekssuhkruid, sealhulgas riboos ja desoksüriboos, erinevad aminohapped, sealhulgas asendamatud rasvhapped. Pealegi on viiteid sellele, et orgaanika moodustub otse ruumis.

2016. aastal leiti Euroopa Kosmoseagentuuri Rosetta aparaadi abil komeedi Gerasimenko sabast nii lihtsaima aminohappe - glütsiini - kui ka fosfori jälgi, mis on samuti oluline komponent elu tekkeks. - Tšurjumov.

Kuid sellised avastused viitavad pigem sellele, kuidas elu võis Maale tuua. Kas see suudab püsida ja areneda pikka aega väljaspool maapealseid tingimusi, on endiselt ebaselge. "Suuri molekule, keerulisi molekule, mida me klassifitseeriksime Maal orgaanilisteks ilma igasuguste võimalusteta, saab sünteesida kosmoses ilma elusolendite osaluseta," ütleb astronoom Dmitri Vibe. "Me teame, et tähtedevaheline orgaaniline aine sattus Päikesesüsteemi ja Kuid siis juhtus temaga midagi muud – isotoopkoostis ja sümmeetria muutusid.

Jäljed atmosfääris

Veel üks paljutõotav viis elu otsimiseks on seotud biosignatuuride ehk biomarkeritega. Need on ained, mille olemasolu planeedi atmosfääris või pinnases viitab kindlasti elu olemasolule. Näiteks Maa atmosfääris on palju hapnikku, mis tekib taimede ja rohevetikate osalusel toimuva fotosünteesi tulemusena. See sisaldab ka palju metaani ja süsihappegaasi, mida toodavad bakterid ja teised elusorganismid hingamise käigus toimuva gaasivahetuse käigus.

Kuid metaani või hapniku jälgede leidmine atmosfäärist (nagu ka veest) ei ole veel põhjus šampanja avamiseks. Näiteks võib metaani leida ka tähetaoliste objektide – pruunide kääbuste – atmosfääris.

Ja hapnik võib tekkida veeauru lõhenemise tulemusena tugeva ultraviolettkiirguse mõjul. Selliseid tingimusi täheldatakse eksoplaneedil GJ 1132b, kus temperatuur ulatub 230 kraadini Celsiuse järgi. Elu sellistes tingimustes on võimatu.

Selleks, et gaasi saaks pidada biosignatuuriks, peab olema tõestatud selle biogeenne päritolu ehk see peab tekkima just elusolendite tegevuse tulemusena. Gaaside sellisele päritolule viitab näiteks nende muutlikkus atmosfääris. Vaatlused näitavad, et metaani tase Maal kõigub vastavalt aastaajale (ja elusolendite aktiivsus sõltub aastaajast).

Kui mõnel teisel planeedil metaan atmosfäärist kaob, siis see ilmub (ja seda saab registreerida näiteks aasta jooksul), see tähendab, et keegi kiirgab seda.

Marss osutus taas üheks võimalikuks "elava" metaani allikaks. Esimesed märgid sellest mullas paljastasid Vikingi programmi seadmed, mis saadeti planeedile juba 1970. aastatel – just orgaanilise aine otsimise eesmärgil. Esialgu võeti tõenditena avastatud metaani molekulid koos klooriga. Kuid 2010. aastal vaatasid mitmed teadlased selle vaatenurga üle.

Nad leidsid, et meile juba teadaolevad perkloraadid Marsi pinnases hävitavad kuumutamisel suurema osa orgaanilisest ainest. Ja viikingite proovid kuumutati.

Marsi atmosfääris avastati metaani jäljed esmakordselt 2003. aastal. Leid elavdas kohe vestlused Marsi elamiskõlblikkuse üle. Fakt on see, et mis tahes märkimisväärsed kogused seda gaasi atmosfääris ei püsiks kaua, vaid hävitatakse ultraviolettkiirgusega. Ja kui metaan ei lagune, on teadlased jõudnud järeldusele, et Punasel planeedil on selle gaasi püsiv allikas. Ja ometi polnud teadlastel kindlat kindlustunnet: saadud andmed ei välistanud, et leitud metaan oli sama "reostus".

Kuid kulguri Curiosity 2019. aasta vaatlused registreerisid metaanitaseme ebanormaalset tõusu. Veelgi enam, selgus, et praegu on selle kontsentratsioon kolm korda kõrgem kui 2013. aastal registreeritud gaasi tase. Ja siis juhtus veelgi müstilisem asi – metaani kontsentratsioon langes taas taustväärtustele.

Metaanimõistatusele pole siiani üheselt mõistetavat vastust. Mõnede versioonide kohaselt võib kulgur asuda kraatri põhjas, milles on maa-alune metaaniallikas, ja selle vabanemist seostatakse planeedi tektoonilise aktiivsusega.

Siiski võivad biosignatuurid olla üsna ebaselged. Näiteks 2020. aasta septembris avastas Cardiffi ülikooli töörühm Veenuse peal fosfiingaasi jälgi, mis on anaeroobsete bakterite metabolismis osalev eriline fosforiühend.

2019. aastal näitasid arvutisimulatsioonid, et tahke tuumaga planeetidel ei saa fosfiini tekkida muud kui elusorganismide tegevuse tulemusena. Ja Veenuselt leitud fosfiini kogus rääkis selle kasuks, et tegu polnud vea ega juhusliku lisandiga.

Kuid paljud teadlased on avastuse suhtes skeptilised. Astrobioloog ja vähendatud fosfori olekute ekspert Matthew Pasek väitis, et on olemas mõni eksootiline protsess, mida arvutisimulatsioonid ei arvestanud. Tema oli see, kes võis Veenusel aset leida. Pasek lisas, et teadlased pole siiani kindlad, kuidas elu Maal fosfiini toodab ja kas seda üldse organismid toodavad.

Maetud kivisse

Veel üks võimalik elumärk, mis on taas seotud Marsiga, on elusolendite jäänustega sarnaste kummaliste struktuuride olemasolu planeedilt pärit proovides. Nende hulka kuulub Marsi meteoriit ALH84001. See lendas Marsilt umbes 13 000 aastat tagasi ja leidsid selle 1984. aastal Antarktikast Antarktikas asuva Allani mägede (ALH tähendab Allan Hills) ümber mootorsaaniga sõitnud geoloogid.

Sellel meteoriidil on kaks omadust. Esiteks on see proov kivimitest tollesama "märja Marsi" ajastust ehk ajast, mil sellel võis vesi olla. Teine – sellest leiti kummalisi struktuure, mis meenutasid kivistunud bioloogilisi objekte. Pealegi selgus, et need sisaldavad orgaanilise aine jälgi! Kuid neil "kivistunud bakteritel" pole maapealsete mikroorganismidega midagi pistmist.

Need on maapealse rakuelu jaoks liiga väikesed. Siiski on võimalik, et sellised struktuurid viitavad elu eelkäijatele. 1996. aastal leidsid David McKay NASA Johnsoni keskusest ja tema kolleegid meteoriidist niinimetatud pseudomorfid – ebatavalised kristalsed struktuurid, mis jäljendavad (antud juhul) bioloogilise keha kuju.

Vahetult pärast 1996. aasta teadet viis Arizona ülikooli planeediteadlane Timothy Swindle läbi mitteametliku küsitluse, milles osales enam kui 100 teadlast, et välja selgitada, kuidas teadlaskond väidetesse suhtub.

Paljud teadlased olid McKay grupi väidete suhtes skeptilised. Eelkõige on mitmed teadlased väitnud, et need kandmised võivad tekkida vulkaaniliste protsesside tulemusena. Teine vastuväide oli seotud konstruktsioonide väga väikeste (nanomeetriliste) mõõtmetega. Toetajad aga vaidlesid sellele vastu, et Maalt leiti nanobaktereid. On olemas töö, mis näitab tänapäevaste nanobakterite põhimõttelist eristamatust ALH84001 objektidest.

Arutelu on ummikus samal põhjusel nagu Veenuse fosfiini puhul: meil on endiselt vähe aimu, kuidas sellised struktuurid tekivad. Keegi ei saa garanteerida, et sarnasus pole juhus. Pealegi leidub Maal kristalle, näiteks keriiti, mida on raske eristada isegi tavaliste mikroobide (rääkimata väheuuritud nanobakteritest) "kivistunud" jäänustest.

Maavälise elu otsimine on nagu oma varju järgi jooksmine. Tundub, et vastus on meie ees, tuleb vaid lähemale jõuda. Kuid ta kolib ära, omandades uusi keerukusi ja reservatsioone. Teadus töötab nii – kõrvaldades "valepositiivsed". Mis siis, kui spektraalanalüüs tõrgub? Mis siis, kui metaan Marsil on lihtsalt lokaalne anomaalia? Mis siis, kui bakterid meenutavad struktuurid on lihtsalt looduse mäng? Kõiki kahtlusi ei saa täielikult välistada.

Täiesti võimalik, et Universumis tekib pidevalt elupuhanguid – siin-seal. Ja me jääme oma teleskoopide ja spektromeetritega alati kohtingule hiljaks. Või vastupidi, jõuame liiga vara. Aga kui uskuda Koperniku printsiipi, mis ütleb, et Universum tervikuna on homogeenne ja maised protsessid peavad toimuma kusagil mujal, siis varem või hiljem me ristume. See on aja ja tehnoloogia küsimus.