Astrobiologija: kokios gyvybės galime tikėtis už Žemės ribų?

Kitos – ir netgi kitokios – gyvybės egzistavimo klausimai domino žmones nuo seniausių laikų. Įvairių religijų sukūrimo mituose dievai, demonai ar kitokios būtybės dažnai gyvena kažkur kitur, ne mūsų pasaulyje. Nepaisant vis gausesnių žinių apie supantį pasaulį, tos paslaptingos, kitos kilmės gyvybės, vis nepavykdavo aptikti. Nebent „drakonus“, kurie galimai buvo mitologizuoti krokodilai, ar kitus egzotiškus gyvūnus.

Ilgą laiką tokios gyvybės paieškos tebuvo kitų mokslo tyrimų, ypač astronomijos, besiaiškinančios Visatos istoriją nuo pat Didžiojo sprogimo, „pašalinis produktas“. Tačiau ilgai nepavyko aptikti ne tik gyvybės, bet net ir planetų, kuriose sąlygos – mūsų vertinimu – galėtų būti nors kiek tinkamos gyvybei. Jeigu Žemė būtų unikali Visatoje, vadinasi aptikti panašią gyvybę galima būtų tik čia. Vis dėlto, 1992 m. buvo atrasta pirmoji planetų sistema, nors ir aplink pulsarą, o ne Saulės tipo žvaigždę, bet per pastaruosius dešimtmečius planetų paieškos buvo vis sėkmingesnės ir įsitikinome, kad panašių į Žemę planetų Galaktikoje visai netrūksta. Tai paskatino ieškoti jose gyvybės ir taip gimė tarpdisciplininis mokslas – astrobiologija (anksčiau vadinta egzobiologija).

Astrobiologija yra biologijos, chemijos, astronomijos, fizikos ir geologijos sankirta. Astrobiologijos esmė – turimų žinių pritaikymas nežemiškos kilmės gyvybės paieškų kontekste, identifikuojant tokios gyvybės egzistavimo ženklus, jos formas ir tikėtiną egzistavimo aplinką. Šis mokslas turi ir praktišką pritaikymą, kolonizuojant kosmosą, – kol kas apsiribojant Žemės orbita, bet dalis mūsų galbūt dar sulauks ir gyvenimo Marse.

Pirmas žingsnis suprantant nežemiškos gyvybės kilmę yra pats gyvybės atsiradimo momentas. Ar tai būtų tokia kilmė kaip religijoje, ar kažkas kito, tai turi būti suprasta ir atkartojama, tai yra, pagrįsta moksliniu metodu. Tad, tiriame, kaip iš neorganinių cheminių junginių galėjo susiformuoti organiniai, nesant gyvybės, kuri tuos junginius kurtų, ir iš kurių jau galėtų formuotis biologinės sistemos.

1952 m. atliktas žymusis Miller ir Urey eksperimentas, kurio metu buvo bandoma pasiekti būtent organinių molekulių susiformavimą iš neorganinių ankstyvomis Žemės egzistavimo sąlygomis (bent jau tokiomis, kaip buvo manoma 1952 m.). Eksperimentui buvo naudojamas distiliuotas vanduo, metanas, amoniakas ir molekulinis vandenilis. Šios dujos buvo viename steriliame penkių litrų inde, kuris buvo sujungtas su kaitinamu puspilniu pusės litro indu, kuris garino vandenį, šis patekdavo į penkių litrų indą, kondensuodavosi jame ir vėl grįždavo pakaitinimui. Dujų inde taip pat buvo elektrodai skirti simuliuoti žaibo išlydžius.

Po vienos dienos tokio ciklo vanduo tapo rožinis, po savaitės raudonas ir neskaidrus. Atlikus šio vandens analizę, buvo aptiktos penkios aminorūgščių molekulės. Šio eksperimento įranga dabar eksponuojama Denverio Gamtos ir mokslo muziejuje. Po Millerio mirties 2007 m. pakartotinai ištyrus sandarių indų nuosėdų turinį modernia technika, nustatyta, kad eksperimento metu susiformavo daugiau nei dvidešimt aminorūgščių, – daugiau, nei aptinkama genetiniame kode. Nors pirmykštės Žemės atmosferos cheminė sudėtis nėra žinoma, naujos žinios nuo 1952 m. leidžia manyti, kad pirmykštės atmosferos cheminė sudėtis buvo dar palankesnė, nei naudota Miller-Urey eksperimente. Be to, žaibų išlydžiai gali būti pakeisti ultravioletine spinduliuote ir taip leisti susiformuoti organinėms molekulėms net ir be specifinių atmosferos reiškinių.

Alternatyviai gyvybė Žemėje galėjo atsirasti net ne Žemėje. Ir čia kalbame ne apie piramidėmis virtusius kosminius laivus. Pirmykštėmis Žemės egzistavimo dienomis formavosi ir visa Saulės sistema. Tai reiškia, kad buvo gerokai daugiau smulkių dangaus kūnų, skriejančių gerokai chaotiškesnėmis orbitomis ir nuolat bombarduojančių Žemę. Nors gyvybė galėjo susiformuoti Žemėje aukščiau aprašytomis sąlygomis, jai evoliucionuoti būtų buvę sudėtinga, kai dinozaurus išnaikinę susidūrimai buvo kasdienybė ir atmosferos sąlygos buvo itin chaotiškos. Tačiau sudėtingesnė gyvybė dėl tų pačių procesų galėjo pirmiau susiformuoti ir tose pačiose planetose ir paplisti Žemėje būtent per šiuos susidūrimus, ir evoliucionuoti, bombardavimui liovusis. 1969 m. rugsėjo 28 dieną, 10:58 Australijos laiku, buvo stebimas meteorito kritimas.

Virš 100 kg meteorite buvo daug aminorūgščių, panašių kaip Miller-Urey eksperimente, bet taip pat ir egzotiškų. Žemiškos kilmės aminorūgštys pasižymi vienodu chirališkumu. Paprastai kalbant, anglies atomai organinėse molekulėse yra asimetriški ir skirtingo chirališkumo molekulės yra viena kitos veidrodiniai atspindžiai. Žemiška gyvybė gamina išimtinai vieno chirališkumo organines molekules, tačiau šio meteorito organinės molekulės turėjo apylygį skirtingo chirališkumo santykį, tai reiškia, kad šios organinės molekulės yra ne biologinės kilmės. Iš 90 šiame meteorite aptiktų aminorūgščių, tik 19 yra aptinkamos Žemėje.

Alternatyvūs gyvybės kilmės šaltiniai galėjo būti vandenynai, ypač prie karštų versmių iš Žemės gelmių, molio paviršiai palankūs organinių molekulių jungimuisi, ar net tiesiog balos (t.y., sezoninės hidratacijos-dehidratacijos zonos). Nors galime spekuliuoti apie ne vieną tikėtiną gyvybės kilmės Žemėje šaltinį, vienareikšmiškai žinome, kad organiniai junginiai gali susiformuoti ir be biologinių sistemų. Tačiau kaip šie junginiai jungėsi, tapo sudėtingesni, kol galiausiai virto RNR molekulėmis, kurios galėjo replikuotis, skilo į virusus ir ląstelinius organizmus, nėra žinoma. Tačiau, jei gyvybė galėjo spontaniškai atsirasti Žemėje, vadinasi galėjo ir kitur.

NASA susidomėjimas astrobiologija (ksenobiologija) prasidėjo sulig kosminės programos pradžia ir pirmasis finansuotas projektas šia tematika siekia 1959 m., o jau 1960 m. agentūra pradėjo savo egzobiologijos programą. 1971 m. buvo paleista SETI programa, skirta stebėti radijo bangų diapazoną galimai komunikacijai iš už Saulės sistemos ribų aptikti. Juk mes transliuojame įvairią informaciją visomis kryptimis, įskaitant ir tolyn nuo Žemės jau daugiau nei šimtą metų, tad galbūt ir mus kažkas galėjo aptikti su savo SETI programa. Iš tikrųjų nelabai, nes šviesos greitis yra labai mažas palyginus su Galaktikos masteliu ir net jei SETI aptiktų nežemiškos protingos gyvybės egzistavimo įrodymų, tos radijo bangos greičiausiai būtų senesnės, nei visa žmonijos istorija, o civilizacija išsiuntusi savo egzistavimo įrodymus seniai išnykusi. Toliau astrobiologijai priskiriami eksperimentai tapo įprastine kosminių misijų dalimi.

Bet svetimų gyvybės formų ar ateivių (angliškai „ateivis“ ir „svetimas“ žymimas tuo pačiu žodžiu – alien), pasirodo, visuomet buvo ir Žemėje. Neskaitant pasaulio vyriausybes kontroliuojančių reptiloidų, tikrieji ateiviai yra gyvybės formos, egzistuojančios tokiomis sąlygomis, kad visi virusai mums atrodo savesni už jas. Nuo 1980 m. biologai atrado ekstremalių mikrobų formų, gyvenančių jiems optimaliomis, mums ekstremaliomis sąlygomis (dėl to pavadintų ekstremofilais) įskaitant išgyvenusius net per 40 mln. metų. Ekstremalios sąlygos apima nuo itin didelio karščio (110–121 °C) iki didelio šalčio (-20 – -25 °C), nuo itin šarmingų (pH > 11), iki rūgštinių terpių (pH < 1), ekstremalios radiacijos, ekstremalaus slėgio (11 km gylio Marianų įduba), didelio druskingumo, sausros, giliai Žemės plutoje, šimtus tūkstančių kartų didesniame slėgyje ar net natūraliame skysto asfalto ežere.

Ekstremofilai astrobiologijos kontekste svarbūs tuo, kad, pavyzdžiui, Antarkties dykumų sąlygos (sausa, šalta, druskinga, ekstremali UV spinduliuotė) yra būdingos Marsui. Jeigu tokiomis sąlygomis gyvybė gali egzistuoti Žemėje, vadinasi, gali ir Marse. Taip pat, jei norime kolonizuoti Marsą, mums reikia organizmų, galinčių ten išgyventi ir pritaikančių Marsą žmonių kolonijoms. Turint omenyje, kad ekstremofilai natūraliai gyvena gerokai ekstremalesnėse terpėse, nei Marsas, o ir manoma, kad praeityje Marso paviršiuje buvo skysto vandens, galime visai pagrįstai manyti, kad ten galima aptikti, jei ne marsiečių ekstremofilų, tai bent jau jų fosilijų. Tai yra vienas svarbiausių astrobiologijos uždavinių trumpalaikėje perspektyvoje ir tam dedikuojamos kosminės misijos tokios, kaip neseniai nusileidęs Perseverance roveris, ar ESA ir Roscosmos ExoMars roveris, kuris turėjo būti paleistas liepą, bet nukeltas į 2022 m.

Deja, kol kas nežemiškos gyvybės nesame aptikę. Bent kol kas labiausiai tikėtina tokią gyvybę aptikti meteorituose, nors ir fosilijų formoje. Meteoritų privalumas – jie atskrenda patys, į juos skristi nereikia, tad tyrimus galima atlikti laboratorinėmis sąlygomis. Nors poroje meteoritų galima manyti, kad fosilijų aptikta, aptinkamus darinius (tokius kaip smulkias anglies koncentracijas meteorite Yamato 000593 iš Marso) galima paaiškinti ir nebiologinėmis priežastimis.

Neabejotinai mums dar būtina daug sužinoti ir apie pačius ekstremofilus, kad galėtume suprasti, kokios gyvybės galėtume tikėtis nežemiškomis sąlygomis, ir kaip ji gali egzistuoti ir evoliucionuoti apskritai. Iš teorinės pusės, nors galime susintetinti aminorūgštis, vis dar gerai nežinome kaip iš aminorūgščių neorganiniu būdu susiformavo baltymai, RNR, DNR ir galiausiai ląstelės. Nors yra įvairių tikėtinų hipotezių, dar niekam nėra pavykę eksperimentiškai sukurti tikros „frankenšteiniškos“ ląstelės iš neorganinės medžiagos. Ne ką mažiau svarbios ir tolesnės kosminės misijos, nuo to paties Marso iki kitų mūsų Saulės sistemos kūnų, taip pat ir į Žemę panašių planetų paieškos. Gyvybę egzoplanetose mes galėtume identifikuoti iš organinės kilmės molekulių spektro linijų. Astrobiologija jau šiandien yra sparčiai progresuojanti mokslo šaka, nebe mokslinė fantastika.

J. Klevas