ASTROBIOLOGIJA

Dr Vladica Božić

Život u svemiru

Hipotetički oblici potojanja u vasioni

Zbog velikog interesovanja za istraživanja o postojanju drugih oblika života u svemiru nastala je potreba da se formira posebna nauka koja bi se bavila problematikom biologije i prirode svesti mogućeg vanzemaljskog oblika života, kao i njegovog nastanka, evolucije i rasprostranjenosti. Tako je nastala astrobiologija (ili egzobiologija, ksenobiologija), nauka koja pokušava da da odgovor da li je postojanje života moguće samo na planetu Zemlju, ili inteligentan života postoji i izvan planete Zemlje. U slučaju da postoji život u svemiru, kakvog je oblika i da li je sposoban za komunikaciju na bilo kom nivou sa ljudima na Zemlji? Začetnik ove grane biologije ili astronomije je poznati američki astrofizičar, filozof i književnik Karl Segan.

Umetnički prikaz potrage za vanzemaljskim životom

U nastojanju da odgovori na ova pitanja i poboljša razumevanje bioloških, planetarnih, i svemirskih fenomena i odnosa među njima, u astrobiologiju su uključeni stručnjaci iz astronomije i astrofizike, zemljskih i planetarnih nauka, mikrobiologije, evolucione biologije, svemirske hemije i drugih relevantnih nauka, tako da je astrobiologija za kratko vreme obuhvatila preko 110 različitih disciplina. Istraživanja u astrobiologiji obuhvataju tri glavne oblasti: proučavanje životnih sredina u Sunčevom sistemu i šire, potraga za planetarnim biosignaturama (supstancama koja pružaju naučne dokaze o prošlom ili sadašnjem životu na planeti Zemlji) prošlog ili sadašnjeg vanzemaljskog života i proučavanje porekla i rane evolucije života na Zemlji radi razumevanja nastanka života na Zemlji, kao i predviđanja oblika života na Zemlji u dalekoj budućnosti. Ova mlada multidisciplinarna nauka se bavi istraživanjima o nastanjivim okruženjima u našem Sunčevom sistemu i naseljivim planetama van njega. Takođe astrobiologija vrši laboratorijske i terenske studije o poreklu i ranom razvoju zemaljskog života i proučava mogućnosti prilagođavanja živih bića ekstremnim uslovima na našoj planeti i u svemiru.
Sa ovom problematikom, u okviru programa istraživanja svemira prva je počela da se bavi američka organizacija NASA osnivanjem astrobiološkog programa koji je trebalo da se bavi proučavanjem načina na koji je počeo i evoluirao život, da li postoji život van Zemlje i, ako postoji, kako može da se otkrije i kakva je budućnost života na Zemlji i u svemiru. Astrobiolozi proučavaju uslove neophodne da bi se život pojavio i napredovao, pokušavaju da identifikuju potencijalno nastanjive egzoplanete i otkriju gde i kako život može postojati u svemiru. Kontinuirano istraživanje egzoplaneta i njihove atmosfere moglo bi ukazati na potencijalno prisustvo života, uključujući inteligentni život. Potraga za inteligentnim vanzemaljskim civilizacijama je složen i stalan poduhvat koji zahteva interdisciplinarnu saradnju, tehnološke inovacije i strpljenje. Dok se ne pronađu konkretni dokazi, postojanje inteligentnog života izvan Zemlje ostaje pitanje koje nastavlja da inspiriše naučna istraživanja u potrazi za pozitivnim odgovorom.

Bakterija Deinococcus radiodurans koja se oporavila posle godinu dana izlaganja u svemiru izvan Međunarodne svemirske stanice

Mogući oblici života u svemiru

Mogući oblici života u svemiru su predmet spekulacija i naučnih istraživanja, na osnovu našeg razumevanja biologije, hemije i uslova koji mogu postojati izvan Zemlje. Život kakav poznajemo na Zemlji zasniva se na hemiji ugljenika i vode kao rastvarača, gde su jedinjenja ugljenika gradivni blokovi bioloških molekula. Jedinstvena sposobnost ugljenika da formira dugačke složene lance omogućava raznolikost i složenost života na našoj planeti. Kako su ovi gradivni blokovi života već otkriveni na drugim lokacijama u svemiru, moguće je da bi život zasnovan na ugljeniku mogao postojati i negde u svemiru, posebno u okruženjima sa sličnim uslovima kao na Zemlji.
Takođe, voda je neophodna za život kakav poznajemo jer služi kao rastvarač u kome se dešavaju biohemijske reakcije. U svemiru su već otkrivene sredine sa tečnom vodom, kao što su podzemni okeani na ledenim satelitima kao što su Evropa (satelit Jupitera) i Enkelad (satelit Saturna), što ih čini potencijalnim kandidatima za nastanak života jer je život na Zemlji pokazao izuzetnu sposobnost prilagođavanja ekstremnim okruženjima. U vrelim i kiselim hidrotermalnim izvorima bogatim otrovnim vodonik-sulfidom, na velikim morskim dubinama gde temperature mogu biti veće od 350°C, nastali su organizmi koji uspevaju da žive u tako teškim uslovima. Na osnovu toga se može pretpostaviti da bi u okruženjima sa visokim temperaturama, pritiskom, kiselošću, baznošću ili radijacijom - i na drugim planetama u svemiru mogao da se pojavi život prilagođen takvim ekstremnim uslovima.

Izgled silikatne alge (dijatomeje) pod mikroskopom

Pretpostavlja se da bi život u svemiru istovremeno mogao da pokaže biohemijsku raznovrsnost i prilagođavanja na različite ekstremni uslovi. Različite kombinacije elemenata i molekula mogu dovesti do nastanka hipotetičkih oblika života sa metaboličkim procesima, genetskim kodovima i biohemijskim procesima koji se razlikuju od onih na Zemlji. Iako je ugljenik osnov života na Zemlji, neki naučnici pretpostavljaju da bi se život potencijalno mogao uspostaviti i na osnovu alternativnih elemenata kao što je silicijum. Silicijum, kao i ugljenik, može da formira dugačke lance i složene strukture i široko je rasprostranjen u svemiru. Kako na Zemlji postoje silikatne alge (dijatomeje) čiji je ćelijski zid prožet silicijum-dioksidom, to dovodi do pretpostavki o mogućnosti postojanja oblika života zasnovanih na silicijumu u svemiru, pod određenim uslovima. Međutim, hemijska svojstva silicijuma se značajno razlikuju od ugljenika, što predstavlja izazove za razvoj kompleksnih biohemijskih sistema. Jedinjenja zasnovana na silicijumu nisu tako raznovrsna i stabilna kao jedinjenja zasnovana na ugljeniku, a složeni molekuli na bazi silicijuma imaju tendenciju da se raspadnu. Zbog toga silicijum nije u stanju da formira raznovrstan spektar molekula složenih struktura neophodnih za životne procese kao što su metabolizam ili replikacija. Bez obzira na to, hemija zasnovana na silicijumu bi u ekstremnim uslovima na drugim planetama mogla da omogući pojavu života, što je veoma eksploatisano i u naučnoj fantastici.

Izgled bakterije GFAJ-1 pod elektronskim mikroskopom

U hladnim metanskim jezerima

Kao ugljenik i silicijum, i bor ima tendenciju da formira jaka kovalentna molekularna jedinjenja, formirajući mnogo različitih strukturnih varijanti hidrida, u kojima su atomi bora povezani vodoničnim mostovima. Kao i ugljenik, bor može da formira veze sa azotom da bi stvorio jedinjenja koja imaju hemijska i fizička svojstva slična alkanima, najjednostavnijim organskim jedinjenjima. Glavni problem sa nastankom životom na bazi bora je to što je taj element u svemiru izuzetno redak. Život na bazi bora bio bi, najverovatniji, u okruženju gde je temperatura dovoljno niska da amonijak bude tečni rastvarač, pošto bi hemijske reakcije bile podložnije kontroli.
Drugi hipotetički oblik života koji je predmet pažnje astrobiologa je život zasnovan na arsenu. Iako se verovalo da je arsen otrovan za svako živo biće na planeti, NASA je 2010. godine pronašla bakteriju po imenu GFAJ-1 kao eksremofila koji živi u vodama bogatim arsenom jezera Mono, u Kaliforniji. Iako nisu pronađeni dokazi da je ova bakterija uspela da ugradi arsen umesto fosfora u svoju ćelijsku strukturu (DNK), ovo otkriće je povećalo interesovanje za istraživanja o postojanju moguće biohemije zasnovane na arsenu.

Izgled metanogenske bakterije

Voda kao tečnost se smatra neophodnom za molekularne interakcije organskog života na Zemlji, ali takve interakcije su moguće i u tečnom amonijaku, etanu i metanu. Zbog toga su se u naučnim krugovima pojavile ideje o mogućim oblicima života u svemiru zasnovanim na ovim tečnim materijama kao rastvorima koji bi mogli postojati u sredinama u kojima je tečna voda oskudna ili nepostojeća. Oblik života zasnovan na amonijaku mogao bi da nastane u sredinama u kojima amonijak postoji u tečnom stanje, što znači da bi morao da se prilagodi nižim temperaturama.
Na veoma hladnom Saturnovom mesecu Titanu se nalaze metanska jezera, reke i mora, a ispod čvrste kore postoji planetarni okean sačinjen od tečnog amonijaka i vode, pa se pretpostavlja da bi ove materije u nekom delu svemira mogle da posluže kao rastvor u kome bi mogao nastati život uprkos ekstremnim uslovima. Pretpostavka o mogućem postojanju života zasnovanom na metanu u svemiru zasniva se na postojanju metanogena na Zemlji, anaerobnih mikroorganizama koji imaju sposobnosti da proizvode metan kao metabolički nusprodukt u sredinama bez kiseonika. Zbog svoje mogućnosti prilagođavanja različitim uslovima životne sredine, mogu se naći u različitim staništima, pa čak i u ekstremnim okruženjima kao što su hidrotermalni izvori na velikim morskim dubinama. Takvi oblici života u svemiru mogli bi da koriste vodonik, acetilen i etan i emituju metan umesto ugljen-dioksida, što bi omogućilo postojanje zona pogodnih za život na hladnim svetovima sličnim Saturnovom mesecu Titanu.

Izgled 9-nanometarskog azotozoma veličine virusa, sa odsečenim komadom membrane da bi se prikazala šuplja unutrašnjost	Umetnički prikaz neutronske zvezde

U četvrtom agregatnom stanju

Tim astrobiloga na Univerzitetu Kornel predložio je 2011. godine koncept života u svemiru zasnovan na teorijskoj ćelijskoj membrani napravljenoj od malih organskih jedinjenja azota, kao potencijalnoj alternativi fosfolipidnim dvoslojevima, koji su primarna komponenta ćelijskih membrana u oblicima života na Zemlji. Oni su ovu teorijsku ćeliju nazvali azotozom, što znači „azotno telo”, koje bi imalo istu stabilnost i fleksibilnost kao zemaljski lipozom. Istraživači su kompjuterskom simulacijom pokazali da bi na Titanu, najvećem Saturnovom mesecu, gde su temperature izuzetno niske i tečni metan i amonijak prisutni umesto vode, mogli da nastanu azotozomi koji se sastoje od atoma azota, ugljenika, vodonika i potencijalno drugih elemenata. Razmatrano je da se azotozom formira od organskog jedinjenja akrilonitrila, čije postojanje je potvrđeno u atmosferi Titana. Međutim, važno je napomenuti da postojanje azotozoma ostaje pretpostavka jer trenutno nema direktnih dokaza o njihovom postojanju.

Umetnički prikaz oblika života na bazi prašnjave plazme

Čestice neorganske prašine se mogu organizovati u spiralne strukture, koje mogu da stupaju u interakciju jedna sa drugom na način veoma sličan organskim materijama. Ovo ponašanje se dešava u stanju plazme, četvrtom agregatnom stanju materije posle čvrstog, tečnog i gasovitog, gde se elektroni odvajaju od matičnih atoma ili molekula, ostavljajući za sobom masu naelektrisanih čestica. Naučnici su 2007. godine dokazali da se, pod određenim uslovima, čestice u plazmi mogu samoorganizovati u spiralne strukture. Na osnovu toga se teoretski pretpostavilo da bi mogli da se podele i formiraju kopije originalne strukture, slično kao DNK, i izazovu promene u svojim susedima, što bi ih kvalifikovalo kao kandidate za “neorgansku živu materiju”. Međutim, ovo još uvek nije dokazano jer spiralne strukture koje se formiraju u plazmi mogu ličiti na DNK, ali sličnost u obliku ne znači i sličnost u funkciji - a čak i da se spirale samorepliciraju, to ne bi bio pokazatelj njihovog životnog potencijala. Ipak, ako je moguće da se negde u svemiru neorganske čestice u plazmi razviju u samoreplicirajuće, evoluirajuće oblike života, to bi mogao biti najčešći oblik života u svemiru, zahvaljujući sveprisutnoj plazmi i međuzvezdanim oblacima prašine širom svemira.

Na osnovu slabe nuklearne sile

U prirodi postoje četiri sile: elektromagnetizam, jaka nuklearna sila (ili kvantna hromodinamika), slaba nuklearna sila i gravitacija, koje upravljaju interakcijama između čestica na najosnovnijem nivou i oblikuju ponašanje materije i energije u celom svemiru. Elektromagnetizam je sila koja je rezultat interakcije električnih naelektrisanja i magnetnih polja. Na elektromagnetizmu je zasnovan standardni biološki život koji postoji na Zemlji, a na njemu bi se mogli zasnivati i vanzemaljski biološki oblici života. Naučnici su razmatrali i mogućnost postojanja nebioloških oblika života i mogućnosti da se njihov metabolizam zasniva na nekoj od ostale tri fundamentalne sile.

Umetnički prikaz jake nuklearne sile

Jaka nuklearna sila je sila koja drži jezgra atoma zajedno, odnosno povezuje protone i neutrone unutar atomskih jezgara. Ona je najjača od četiri fundamentalne sile, ali deluje na veoma kratkim rastojanjima unutar atomskih jezgara. Pretpostavka o hromodinamičkom životu se odnosi na hipotetički oblik života zasnovan na principima hromodinamike, koja je grana teorijske fizike koja opisuje ponašanje kvarkova i gluona, osnovnih čestica koje čine protone, neutrone i druge hadrone. Nauka je razmatrala moguće postojanje hromodinamičkog života koji bi obuhvatio životne oblike koji su na neki način sastavljeni od kvarkova ili drugih čestica kojima upravlja hromodinamika. Ovi oblici života mogli bi postojati u ekstremnim okruženjima ili uslovima u kojima konvencionalni život, kako ga razumemo, ne može da preživi, kao što su neutronske zvezde. Njih karakterišu velika gustina, jaka magnetna polja i gravitacija mnogo veća od one na Zemlji. U neutronskoj zvezdi, gravitacioni pritisak je toliko snažan da su protoni i elektroni prisiljeni da se kombinuju i formiraju neutrone kroz proces koji se zove neutronizacija. Neutroni se zatim čvrsto spajaju, stvarajući stanje materije poznato kao neutronska degenerisana materija, u kojoj bi mogli da se formiraju makronukleusi. Po analogiji sa makronukleusima u biologiji, ovi makronukleusi bi teoretski mogli da formiraju veće supernukleuse analogne organskim molekulima, sa neutronima koji deluju kao ekvivalent vode u nekom pseudo-biološkom sistemu.

Umetnički prikaz slabe nuklearne sile

Slaba nuklearna sila je odgovorna za određene vrste radioaktivnog raspada i igra ključnu ulogu u procesima koji se dešavaju na zvezdama (kao što je i Sunce). Uključena je u procese kao što je beta raspad, gde se neutron raspada na proton, elektron i antineutrino. Pretpostavlja se da postoje delovi svemira u kojima je ova nuklearna sila jača, što povećava šanse za nastanak oblika života na osnovu slabe nuklearne sile. Takav oblik života podrazumeva izmišljenje organizme koji na neki način koriste ili su pod uticajem slabe nuklearne sile u svojoj biologiji ili ponašanju, kao što su bića sastavljena od atoma sa viškom neutrona.

Umetnički prikaz dve neutronske zvezde u orbiti koje emituju gravitacione talase

Pomoću mema a ne biološkim obnavljanjem

Život na bazi gravitacije bi takođe mogao da postoji, jer je gravitacija (sila koja privlači objekte sa masom, jedan prema drugom) najčešća i najefikasnija fundamentalna sila u svemiru. Gravitaciona bića bi mogla da uzimaju energiju iz same gravitacije, sa ogromnim gravitacionim entitetima koji se hrane sudarima crnih rupa i galaksija. Treba naglasiti da hromodinamički život, život na bazi slabe nuklearne sile ili na bazi gravitacije spadaju u čisto teorijske koncepte koji se nalaze u domenu teorijske fizike i astrobiologije, i do sada nisu uočeni ili potkrepljeni naučnim dokazima. Ovi hipotetički oblici života mogu naseljavati okruženja u kojima konvencionalni oblici života ne bi mogli da prežive i mogli bi imati karakteristike i sposobnosti izvan našeg trenutnog razumevanja biologije života.

Neke od prvih sintetičkih ćelija napravljenih kombinovanjem komponenti bakterija mikoplazme sa hemijski sintetizovanim genomom

U hipotetičke oblike života spadaju i memetički, digitalni i sintetički oblici života. Memetički oblik života je u osnovi konceptualna ideja o obliku života koji se razvija i širi kroz kulturnu razmenu informacija i ideja pomoću kulturnih jedinica informacija (mema), a ne biološkom reprodukcijom. Memetički život bi mogao postojati u obliku kulturnih fenomena koji pokazuju životne osobine reprodukcije, ekspanzije i evolucije slično genima u biološkoj evoluciji. Sa razvojem veštačke inteligencije i digitalnih tehnologija, razmatra se i mogućnost pojave digitalnih životnih oblika koji bi postojali isključivo unutar računarskih sistema ili virtuelne realnosti. Oni bi mogli da ispolje karakteristike inteligencije, evolucije i prilagođavanja unutar digitalnog okruženja. Slični tome bili bi i sintetički oblici života koji bi koristili sintetički stvorene elemente nastale u laboratorijskim uslovima koristeći napredne tehnologije. Sva ova tri veštačka oblika života su teorijske ili spekulativne forme života koje se razlikuju od onih koje poznajemo na Zemlji, i nema empirijskih dokaza koji bi potkrepili njihovo postojanje u svemiru. Međutim, proučavanje ovih ideja proširuje naše razumevanje potencijalne raznovrsnosti života u svemiru i podstiče dalja istraživanja mogućnosti nastanka života u svmiru.

Da li život može da postoji u džinovskim molekularnim oblacima dubokog svemira

Iz prethodnog se vidi da bi, na osnovu egzotične biohemije, mogli bi da nastanu novi oblici života koji bi umesto vode koristili rastvarače kao što su tečni metan ili amonijak, i alternativne gradivne blokove života od složenih molekula koji ne bi bili zasnovani na ugljeniku. Pretpostavlja se da bi ovakvi organizmi mogli da žive u atmosferama gasovitih divova, ili da postoje u egzotičnim sredinama kao što su neutronske zvezde, crne rupe ili prašnjava plazma, gde ekstremni uslovi prevazilaze naše razumevanje životnih granica.

Dr Vladica Božić

Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"