АСТРОБИОЛОГИЯ: ИСТОРИЯ, ОБЪЕКТ ИЗУЧЕНИЯ И ЗНАЧЕНИЕ - БИОЛОГИЯ - 2025

Астробиология или экзобиология является отрасль биологии , которая занимается происхождения, распределения и динамики жизни в контексте с обеих нашей планеты, как во всей вселенной. Тогда мы могли бы сказать, что астробиология для Вселенной - то же самое, что биология для планеты Земля.

Благодаря широкому спектру действия астробиологии в ней сходятся другие науки, такие как: физика, химия, астрономия, молекулярная биология, биофизика, биохимия, космология, геология, математика, вычисления, социология, антропология, археология и другие.

Рисунок 1. Художественная интерпретация связи жизни и освоения космоса. Источник: НАСА / Cheryse Triano

Астробиология рассматривает жизнь как явление, которое может быть «универсальным». Он касается их возможных контекстов или сценариев; его требования и минимальные условия; вовлеченные процессы; его экспансивные процессы; среди других тем. Он не ограничивается разумной жизнью, но исследует все возможные типы жизни.

История астробиологии

История астробиологии, возможно, восходит к истокам человечества как вида и его способности задавать себе вопросы о космосе и жизни на нашей планете. Отсюда возникают первые видения и объяснения, которые до сих пор присутствуют в мифах многих народов.

Аристотелевское видение

Аристотелевское видение рассматривало Солнце, Луну, остальные планеты и звезды как совершенные сферы, которые вращались вокруг нас, образуя концентрические круги вокруг нас.

Это видение составляло геоцентрическую модель Вселенной и было концепцией, которая характеризовала человечество в средние века. Наверное, тогда не мог иметь смысла вопрос о существовании «жителей» за пределами нашей планеты.

Взгляд Коперника

В средние века Николас Коперник предложил свою гелиоцентрическую модель, в которой Земля была еще одной планетой, вращающейся вокруг Солнца.

Этот подход глубоко повлиял на способ смотреть на остальную Вселенную и даже на самих себя, поскольку он поставил нас в место, которое, возможно, не было таким «особенным», как мы думали. Тогда возможность существования других планет, подобных нашей, и, вместе с тем, жизни, отличной от той, которую мы знаем.

Рисунок 2. Гелиоцентрическая система Коперника. Источник: общественное достояние, через Wikimedia Commons.

Первые представления о внеземной жизни

Французский писатель и философ Бернар ле Бовье де Фонтенель еще в конце 17 века предположил, что жизнь может существовать на других планетах.

В середине 18 века многие ученые, связанные с Просвещением, писали о внеземной жизни. Даже ведущие астрономы того времени, такие как Райт, Кант, Ламберт и Гершель, предполагали, что планеты, луны и даже кометы могут быть обитаемыми.

Так начался девятнадцатый век, когда большинство академических ученых, философов и теологов разделяли веру в существование внеземной жизни почти на всех планетах. В то время это считалось разумным предположением, основанным на растущем научном понимании космоса.

Огромные различия между небесными телами Солнечной системы (в отношении их химического состава, атмосферы, силы тяжести, света и тепла) не принимались во внимание.

Однако по мере того, как мощность телескопов увеличивалась и с появлением спектроскопии, астрономы смогли начать понимать химию близлежащих планетных атмосфер. Таким образом, можно было исключить, что на ближайших планетах обитали организмы, аналогичные земным.

Объект исследования астробиологии

Астробиология фокусируется на изучении следующих основных вопросов:

• Что такое жизнь?
• Как возникла жизнь на Земле?
• Как жизнь развивается и развивается?
• Есть ли где-нибудь во Вселенной жизнь?
• Какое будущее ждет жизнь на Земле и в других частях Вселенной, если она существует?

Из этих вопросов возникает множество других вопросов, связанных с объектом изучения астробиологии.

Марс как модель для изучения и освоения космоса

Красная планета Марс была последним оплотом гипотез о внеземной жизни в Солнечной системе. Идея существования жизни на этой планете изначально возникла в результате наблюдений, проведенных астрономами в конце 19 - начале 20 веков.

Они утверждали, что следы на поверхности Марса на самом деле были каналами, построенными популяцией разумных организмов. Эти узоры теперь считаются порождением ветра.

Миссии

Космические зонды Mariner олицетворяют космическую эру, начавшуюся в конце 1950-х гг. Эта эра позволила непосредственно визуализировать и исследовать поверхности планет и Луны в Солнечной системе; таким образом исключая претензии на многоклеточные и легко узнаваемые внеземные формы жизни в Солнечной системе.

В 1964 году миссия НАСА «Маринер-4» прислала первые фотографии поверхности Марса крупным планом, на которых была изображена практически пустынная планета.

Однако последующие миссии на Марс и внешние планеты позволили подробно рассмотреть эти тела и их спутники и, особенно в случае Марса, частично понять их раннюю историю.

Ученые обнаружили, что в различных внеземных условиях окружающая среда не сильно отличается от обитаемой на Земле.

Наиболее важным выводом этих первых космических миссий была замена умозрительных предположений химическими и биологическими доказательствами, что позволяет их изучать и анализировать объективно.

Есть ли жизнь на Марсе? Миссия

В первую очередь результаты миссий Mariner подтверждают гипотезу об отсутствии жизни на Марсе. Однако мы должны учитывать, что макроскопическая жизнь искалась. Последующие миссии поставили под сомнение отсутствие микроскопической жизни.

Рисунок 3. Орбитальный и наземный зонд миссии «Викинг». Источник: Дон Дэвис, через Wikimedia Commons.

Например, из трех экспериментов по обнаружению жизни, проведенных наземным зондом миссии «Викинг», два были положительными, а один отрицательными.

Несмотря на это, большинство ученых, участвовавших в экспериментах с зондом «Викинг», согласны с тем, что доказательств существования бактериальной жизни на Марсе нет, а результаты официально неубедительны.

Рисунок 4. Посадочный зонд (Lander) миссии «Викинг». Источник: NASA / JPL-Caltech / Университет Аризоны, через Wikimedia Commons.

Миссии

После неоднозначных результатов миссий "Викинг" Европейское космическое агентство (ЕКА) в 2003 году запустило миссию Mars Express, специально предназначенную для экзобиологических и геохимических исследований.

В эту миссию входил зонд под названием «Бигл-2» (одноименный с кораблем, на котором путешествовал Чарльз Дарвин), предназначенный для поиска признаков жизни на мелководной поверхности Марса.

К сожалению, этот зонд потерял связь с Землей и не смог удовлетворительно выполнить свою миссию. Похожая судьба постигла зонд НАСА "Mars Polar Lander" в 1999 году.

миссия

После этих неудачных попыток в мае 2008 года миссия НАСА «Феникс» достигла Марса, получив выдающиеся результаты всего за 5 месяцев. Его основными исследовательскими целями были экзобиологические, климатические и геологические.

Этот зонд смог продемонстрировать существование:

• Снег в атмосфере Марса.
• Вода в виде льда под верхними слоями этой планеты.
• Основные почвы с pH от 8 до 9 (по крайней мере, в районе спуска).
• Жидкая вода на поверхности Марса в прошлом

Исследование Марса продолжается

Исследование Марса продолжается и сегодня с помощью высокотехнологичных роботизированных инструментов. Миссии Rovers (MER-A и MER-B) предоставили впечатляющие доказательства того, что на Марсе была активность воды.

Например, были обнаружены свидетельства наличия пресной воды, кипящих источников, плотной атмосферы и активного круговорота воды.

Рисунок 5. Рисунок марсохода MER-B (Opportunity) на поверхности Марса. Источник: НАСА / Лаборатория реактивного движения / Корнельский университет, Maas Digital LLC, через Wikimedia Commons.

На Марсе были получены доказательства того, что некоторые породы образовались в присутствии жидкой воды, например, Ярозит, обнаруженный марсоходом MER-B (Opportunity), который работал с 2004 по 2018 год.

Марсоход MER-A (Curiosity) измерял сезонные колебания метана, который всегда был связан с биологической активностью (данные опубликованы в 2018 году в журнале Science). Он также обнаружил органические молекулы, такие как тиофен, бензол, толуол, пропан и бутан.

Рисунок 6. Сезонные колебания уровня метана на Марсе, измеренные марсоходом MER-A (Curiosity). Источник: NASA / JPL-Caltech.

На Марсе была вода

Хотя поверхность Марса в настоящее время негостеприимна, есть явные доказательства того, что в далеком прошлом марсианский климат позволял жидкой воде, которая является важным ингредиентом жизни, какой мы ее знаем, накапливаться на поверхности.

Данные Rover MER-A (Curiosity) показывают, что миллиарды лет назад озеро в кратере Гейла содержало все ингредиенты, необходимые для жизни, включая химические компоненты и источники энергии.

Марсианские метеориты

Некоторые исследователи считают марсианские метеориты хорошим источником информации о планете, даже предполагая, что существуют природные органические молекулы и даже микрофоссилий бактерий. Эти подходы являются предметом научных дискуссий.

Рис. 7. Микроскопический вид внутренней структуры метеорита ALH84001, показывающий структуры, похожие на бациллы. Источник: НАСА, через Wikimedia Commons.

Эти метеориты с Марса очень редки и представляют собой единственные поддающиеся прямому анализу образцы красной планеты.

Панспермия, метеориты и кометы

Одна из гипотез, благоприятствующих изучению метеоритов (а также комет), получила название панспермия. Это состоит из предположения, что в прошлом происходила колонизация Земли микроорганизмами, которые проникли внутрь этих метеоритов.

Сегодня также существуют гипотезы, согласно которым земная вода произошла от комет, бомбардировавших нашу планету в прошлом. Кроме того, считается, что эти кометы могли нести с собой первичные молекулы, которые позволяли развитию жизни или даже уже развитой жизни, поселяющейся внутри них.

Недавно, в сентябре 2017 года, Европейское космическое агентство (ЕКА) успешно завершило миссию Россета, запущенную в 2004 году. Эта миссия состояла из исследования кометы 67P / Чурюмова-Герасименко с помощью зонда Philae, который достиг ее и вывел на орбиту. затем спуститесь. Результаты этой миссии все еще изучаются.

Важность астробиологии

Парадокс Ферми

Можно сказать, что исходный вопрос, который мотивирует изучение астробиологии: один ли мы во Вселенной?

В одном только Млечном Пути есть сотни миллиардов звездных систем. Этот факт в сочетании с возрастом Вселенной предполагает, что жизнь должна быть обычным явлением в нашей галактике.

В связи с этой темой известен вопрос, заданный лауреатом Нобелевской премии физиком Энрико Ферми: «Где все?», Который он задал в контексте обеда, на котором обсуждался тот факт, что галактика должна быть заполнена. жизни.

В итоге вопрос привел к парадоксу, который носит его имя и формулируется следующим образом:

Программа SETI и поиск внеземного разума

Одним из возможных ответов на парадокс Ферми может быть то, что цивилизации, о которых мы думаем, действительно существуют, но мы не искали их.

В 1960 году Фрэнк Дрейк вместе с другими астрономами начал программу поиска внеземного разума (SETI).

Эта программа прилагает совместные усилия с НАСА в поисках признаков внеземной жизни, таких как радио- и микроволновые сигналы. Вопросы о том, как и где искать эти сигналы, привели к большим успехам во многих областях науки.

Рис. 8. Радиотелескоп, используемый SETI в Аресибо, Пуэрто-Рико. Источник: JidoBG, из Wikimedia Commons

В 1993 году Конгресс США отменил финансирование НАСА для этой цели из-за неправильного понимания смысла того, что подразумевает поиск. Сегодня проект SETI финансируется за счет частных средств.

Проект SETI даже породил голливудские фильмы, такие как «Контакт» с актрисой Джоди Фостер в главной роли и вдохновленный одноименным романом всемирно известного астронома Карла Сагана.

Уравнение Дрейка

Фрэнк Дрейк подсчитал количество цивилизаций с коммуникативными навыками, используя выражение, носящее его имя:

N = R * XF _р х _е XF _л XF _я XF _гр х Д

Где N представляет собой количество цивилизаций, способных общаться с Землей, и выражается как функция других переменных, таких как:

• R *: скорость образования звезд, похожих на наше Солнце.
• f _p : доля этих звездных систем с планетами
• n _e : количество планет земного типа в каждой планетной системе.
• f _l : доля этих планет, на которых развивается жизнь
• f _i : доля, в которой возникает интеллект
• f _c : доля коммуникативно подходящих планет
• L: продолжительность «жизни» этих цивилизаций.

Дрейк сформулировал это уравнение как инструмент для «определения размера» проблемы, а не как элемент для конкретных оценок, поскольку многие из его членов чрезвычайно трудно оценить. Однако существует консенсус в отношении того, что число, которое он обычно бросает, велико.

Новые сценарии

Следует отметить, что когда было сформулировано уравнение Дрейка, было очень мало свидетельств существования планет и лун за пределами нашей Солнечной системы (экзопланет). Первые свидетельства существования экзопланет появились в 1990-х годах.

Рис. 9. Телескоп Кеплера. Источник: НАСА, через Wikimedia Commons.

Например, миссия НАСА «Кеплер» обнаружила 3538 кандидатов в экзопланеты, из которых не менее 1000 считаются находящимися в «обитаемой зоне» рассматриваемой системы (расстояние, допускающее существование жидкой воды).

Астробиология и исследование концов Земли

Одно из достоинств астробиологии заключается в том, что она во многом вдохновила желание исследовать нашу собственную планету. Это с надеждой понять по аналогии действие жизни в других условиях.

Например, изучение гидротермальных жерл на дне океана позволило нам впервые наблюдать жизнь, не связанную с фотосинтезом. Другими словами, эти исследования показали нам, что могут существовать системы, в которых жизнь не зависит от солнечного света, что всегда считалось необходимым требованием.

Это позволяет нам предположить возможные сценарии жизни на планетах, где жидкая вода может быть получена, но под толстыми слоями льда, что предотвратит попадание света к организмам.

Другой пример - изучение засушливых долин Антарктиды. Там они получили фотосинтезирующие бактерии, которые выживают, укрытые внутри скал (эндолитические бактерии).

В этом случае камень служит одновременно опорой и защитой от неблагоприятных условий места. Эта стратегия также была обнаружена в солончаках и горячих источниках.

Рис. 10. Сухие долины Мак-Мердо в Антарктиде, одно из мест на Земле, наиболее похожих на Марс. Источник: Государственный департамент США из США, через Wikimedia Commons.

Перспективы астробиологии

Научные поиски внеземной жизни пока не увенчались успехом. Но он становится все более изощренным, поскольку астробиологические исследования дают новые открытия. Следующее десятилетие астробиологических исследований увидит:

• Большие усилия по исследованию Марса и ледяных спутников Юпитера и Сатурна.
• Беспрецедентная возможность наблюдать и анализировать внесолнечные планеты.
• Большой потенциал для разработки и изучения более простых форм жизни в лаборатории.

Все эти достижения, несомненно, увеличат нашу вероятность найти жизнь на планетах, подобных Земле. Но, возможно, внеземной жизни не существует или она настолько разбросана по галактике, что у нас почти нет шансов ее найти.

Даже если последний сценарий верен, исследования в области астробиологии все больше расширяют наши представления о жизни на Земле и ее месте во Вселенной.

Ссылки

1. Чела-Флорес, Дж. (1985). Эволюция как коллективное явление. Журнал теоретической биологии, 117 (1), 107-118. DOI: 10.1016 / s0022-5193 (85) 80166-1
2. Эйгенброде, Дж. Л., Саммонс, Р. Э., Стил, А., Фрейсине, К., Миллан, М., Наварро-Гонсалес, Р.,… Колл, П. (2018). Органическое вещество, сохранившееся в аргиллитах возрастом 3 миллиарда лет в кратере Гейла на Марсе. Наука, 360 (6393), 1096-1101. DOI: 10.1126 / science.aas9185
3. Гольдман, AD (2015). Астробиология: обзор. В: Кольб, Вера (ред.). АСТРОБИОЛОГИЯ: ЭВОЛЮЦИОННЫЙ ПОДХОД CRC Press
4. Гурдиал, Дж., Давила, А., Ласель, Д., Поллард, В., Маринова, М.М., Грир, К.В.,… Уайт, Л.Г. (2016). Приближаются к холодно-засушливым пределам микробной жизни в вечной мерзлоте в верховьях сухой долины Антарктиды. Журнал ISME, 10 (7), 1613–1624. DOI: 10.1038 / ismej.2015.239
5. Краснопольский, В.А. (2006). Некоторые проблемы, связанные с происхождением метана на Марсе. Икар, 180 (2), 359–367. DOI: 10.1016 / j.icarus.2005.10.015
6. ЛЕВИН, Г.В., & СТРААТ, Пенсильвания (1976). Эксперимент по биологии высвобождения с маркировкой Viking: промежуточные результаты. Наука, 194 (4271), 1322-1329. DOI: 10.1126 / science.194.4271.1322
7. Тен Кейт, Иллинойс (2018). Органические молекулы на Марсе. Наука, 360 (6393), 1068-1069. DOI: 10.1126 / science.aat2662
8. Вебстер, ЧР, Махаффи, PR, Атрея, С.К., Мур, Дж. Э., Флеш, Дж. Дж., Малеспин, К.,… Васавада, АР (2018). Фоновые уровни метана в атмосфере Марса сильно зависят от сезона. 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-ледяные облака и осадки. Наука, 325 (5936), 68-70. DOI: 10.1126 / science.1172344