Jak badania życia w ekstremalnych warunkach pomagają nam zrozumieć, jakie formy organizmów żywych spotkamy w kosmosie i na innych planetach.
Pewnego wieczoru w listopadzie 1938 r. Regularne wiadomości transmitowane przez amerykańskie radio zostały przerwane przez „wiadomość alarmową”: w New Jersey znaleziono kosmitów. Paniczne głosy naocznych świadków opowiadały o agresywnych najeźdźcach. W tle rozległy się strzały sygnalizujące, że wszystko jest bardzo poważne. Wiadomości, niestety, okazały się fałszywe - to był tylko program radiowy „Wojna światów” H. G. Wellsa. Ale nie wszyscy słuchacze to rozumieli.
Nawet kilkadziesiąt lat później reakcja opinii publicznej na to „specjalne przesłanie” pozostaje przedmiotem kontrowersji. Niektórzy twierdzili, że tysiące ludzi w panice uciekło na ulice. Inni powiedzieli, że nie zauważyli intensywnych niepokojów społecznych i niepokojów. Tak czy inaczej, stało się jasne dla wszystkich: jeśli kiedyś naprawdę odkryją się kosmici, ludzie nie będą zadowoleni z tego wydarzenia.
Ale co, jeśli pierwsi kosmici nie są ciężko uzbrojonymi, inteligentnymi i bezwzględnymi stworzeniami, ale małymi mikroorganizmami, których podobieństwo możemy spotkać na naszej planecie? Co przyniesie nam to odkrycie i jak może zmienić nasze rozumienie życia?
Szanse znalezienia kolonii drobnoustrojów poza Ziemią są znacznie większe niż szanse znalezienia Marsjan w fantazji Wellsa. W rzeczywistości naukowcy mogą dokonać pierwszego odkrycia obcego życia w ciągu 20 lat - jest to okres, który obecnie nazywają przedstawiciele NASA. Będzie to przełomowe wydarzenie w długiej historii eksploracji kosmosu przez człowieka. Ale tylko nieliczni naprawdę zwrócą na to uwagę. Za kilka dziesięcioleci takie wiadomości mogą stać się rutyną, podobnie jak wiadomości o odkryciu nowych egzoplanet na początku naszego wieku stały się rutyną.
Michael Varnum, psycholog z University of Arizona, przeprowadził kilka badań, aby dowiedzieć się, jak ludzie zareagują na wiadomość o odkryciu nieznanych mikrobów poza Ziemią. Okazało się, że ludzie są jeszcze bardziej pozytywnie nastawieni do obcych drobnoustrojów niż do sztucznych organizmów stworzonych przez ludzi w laboratoriach naukowych. W 2017 roku astrofizyk Rene Heller przeprowadził własny eksperyment, prosząc ochotników o pomoc w rozszyfrowaniu fałszywego sygnału obcego. Na jego wiadomość odpowiedziały setki ludzi. Jak radośnie uświadomił sobie Heller, dziś takie odkrycia budzą u ludzi większe zainteresowanie niż przerażenie.
W tej chwili nie odkryliśmy jeszcze niczego, co żyje na innych planetach: astrobiologia pozostaje nauką bez przedmiotu. Ale badanie różnych organizmów na starej dobrej Ziemi już dziś może nam wiele powiedzieć o tym, czego możemy się spodziewać po życiu, które spotkamy w kosmosie. W ciągu ostatnich stu lat odkrycia biologów znacząco zmieniły nasze rozumienie pojęcia istot żywych. Teraz wiemy, że życie jest znacznie bardziej złożone i różnorodne, niż nam się wcześniej wydawało.
Film promocyjny:
To nie jest Mars, to pustynia Atakama w Chile, gdzie warunki są rzeczywiście bardzo podobne do tych na Marsie.
Pustynie, kosmos, ocean
Idea, że życie może istnieć na innych planetach, została wyrażona przez Demokryta. Następnym apologetą był włoski mag i reformator Giordano Bruno. Idea ta była naprawdę zakorzeniona w epoce oświecenia i od tego czasu doświadczyła tylko jednego krótkiego okresu upadku. Na początku XX wieku wielu było przekonanych, że na Marsie istnieje zaawansowana cywilizacja, która zbudowała gigantyczną sieć kanałów do nawadniania pól. Kanały były wyraźnie widoczne przez teleskop i były widziane przez zupełnie różnych ludzi z różnych części planety. W rzeczywistości „marsjańskie nawadnianie” okazało się złudzeniem optycznym. Mimo to hipoteza o istnieniu życia na Marsie i innych planetach Układu Słonecznego wydaje się dziś jeszcze bardziej wiarygodna niż wcześniej.
W 2015 roku biolodzy z uniwersytetów technicznych w Arizonie i Berlinie zbadali próbki gleby z chilijskiej pustyni Atacama, jednego z najbardziej suchych miejsc na świecie. Pod wieloma względami przypomina powierzchnię Marsa. Okazało się, że nawet w tak niegościnnym klimacie różne typy bakterii mogą przetrwać i rozmnażać się. Podczas długiej suszy wpadają w zawieszoną animację, a następnie, będąc blisko wody, natychmiast ożywają. W stanie hibernacji bakterie te mogą przetrwać setki, a nawet tysiące lat. Oceany opuściły powierzchnię Marsa około 2,5 miliona lat temu. Ale w trzewiach planety nadal mogą znajdować się kolonie bakterii, które będą czekać na swoich badaczy.
Pod koniec lat 70. prawdziwej rewolucji w biologii dokonało odkrycie bakterii ciepłolubnych, które nie potrzebują światła słonecznego i mogą zasiedlać głębiny oceanu, tworząc całe podwodne ekosystemy. Bakterie te żyją w pobliżu źródeł geotermalnych, gdzie woda ma bliski kontakt z płaszczem. Temperatura w takich źródłach może dochodzić do 350 ° C. Bakterie ekstremofilne, w przeciwieństwie do większości innych gatunków, czerpią energię nie ze słońca, ale z metali rozpuszczonych w wodzie. Bakterie te żywią się robakami i mięczakami, a te zjadają większe drapieżniki. Odkrycie zaskoczyło nawet samych naukowców.
Holger Jannasch, oceanolog, uczestnik pierwszych badań bakterii termofilnych:
Zaskoczyła nas myśl, że energię słoneczną, tak ważną dla istnienia życia na naszej planecie, można zastąpić energią ziemską. […] To zupełnie nowa koncepcja i moim zdaniem jedno z głównych odkryć biologicznych XX wieku.
Kominy hydrotermalne, w których występują niezwykłe gatunki bakterii
Z powodzeniem możemy znaleźć podwodne ekosystemy podobne do ziemskich na księżycach Saturna i Jowisza - Europy i Enceladusa. Tam też są oceany słonej wody i znaczna aktywność geotermalna. Woda Enceladusa jest podobna do jeziora Mono w Kalifornii. W tym jeziorze jest dużo soli i sody, dlatego nie ma ryb - ale żyją w nim niezwykłe bakterie, które dobrze przystosowały się do zabójczych dla innych organizmów stężeń arsenu. Podobne bakterie prawdopodobnie żyją na Enceladusie.
W 2015 roku amerykańska stacja kosmiczna Cassini-Huygens przeleciała obok Enceladusa - prosto przez smugi wody, które wznoszą się kilka kilometrów nad zamarzniętą powierzchnią satelity. W tej wodzie naukowcom udało się znaleźć cząsteczki wodoru. Oznacza to, że pod lodem Enceladusa zachodzą procesy geologiczne - podobnie jak na Ziemi. W konsekwencji mikroorganizmy Enceladusa (jeśli istnieją) mogą otrzymywać energię z dwutlenku węgla rozpuszczonego w wodzie. To jest właśnie ta reakcja, która leży u podstawy całego drzewa życia na Ziemi.
Na lata 30. XX wieku planowanych jest kilka lotów do Europy i Enceladusa. To właśnie te ciała niebieskie, nie licząc Marsa, są dziś głównym celem astrobiologów. Najprawdopodobniej w tym miejscu po raz pierwszy znajdujemy obce życie. Ale najpierw musisz do niej dotrzeć. Nie wiadomo jeszcze, jak grube są pokrywy lodowe Europy i Enceladusa - może tylko kilka kilometrów, może kilkadziesiąt kilometrów. Czy bakterie i organizmy wielokomórkowe będą w stanie przetrwać w tak ekstremalnych warunkach?
W połowie XX wieku radzieccy naukowcy sugerowali, że pod lodem Antarktydy można ukryć ogromne jeziora słodkiej wody. Lód we wnętrzu kontynentu zamienia się w wodę - częściowo z powodu ogromnego ciśnienia mas lodu, a częściowo z powodu tej samej aktywności geotermalnej. Istnienie jeziora Wostok, które otrzymało swoją nazwę na cześć radzieckiej stacji, zostało potwierdzone przez radar w latach 60. i 70. W 2012 roku rosyjscy naukowcy wywiercili studnię na głębokość 3769 metrów, dotarli do wody i pobrali próbki do analizy. W marcu 2013 roku naukowcy ogłosili odkrycie w próbkach nowego rodzaju bakterii, których DNA jest tylko w 86% identyczne z organizmami znanymi nauce. Następnie dane te zostały obalone, ale nadal znaleziono ślady kilku niezwykłych bakterii w jeziorze.
Badania na Antarktydzie trwają. Prawdziwego przełomu należy się spodziewać, gdy naukowcy dotrą do głębszych warstw jeziora - do źródeł aktywności geotermalnej, które nasycają wodę minerałami i znajdują się na głębokości około 5 tysięcy metrów.
Rosyjska stacja badawcza „Wostok”, pod którą na głębokości prawie 4000 metrów znajduje się duże jezioro ze słodką wodą.
Jeśli bakterie mogą żyć w jeziorach Antarktydy - pod ogromnym ciśnieniem i niską temperaturą, „bez światła, bez węgla organicznego rozpuszczonego w wodzie, z silnie rozcieńczonymi jonami podstawowych substancji, to długoterminowa izolacja z powierzchniowej flory i fauny przez co najmniej 14 milionów lat i prawdopodobnie z nadmiar rozpuszczonego tlenu”- wtedy mogą żyć na innych planetach, które wcześniej uważaliśmy za nieodpowiednie do życia.
Jednak jest całkiem możliwe, że obce życie nie zostanie zbudowane na modelach ziemskich. Ciekłe jeziora Tytana mogą być domem dla metanogenów - organizmów, które nie używają wody, ale metan jako rozpuszczalnik. Planety o wyższych temperaturach atmosferycznych mogą zamieszkiwać organizmy zbudowane na cząsteczce krzemu, a nie węgla, jak to jest w zwyczaju na Ziemi. Od wielu lat naukowcy debatują, czy wirusy można uznać za żywe organizmy. Prawidłowa odpowiedź zależy od tego, jakiej definicji życia używamy. Jeśli eksploracja kosmosu będzie kontynuowana, koncepcja ta zostanie zmieniona więcej niż raz.
Podczas pisania tego artykułu wykorzystano materiały z książki astronoma Johna Willisa „Wszystkie te światy są Twoje. Naukowe poszukiwania życia pozaziemskiego”, który ukazał się nakładem wydawnictwa„ Wydawnictwo Alpina”w marcu tego roku.
Oleg Matfatov