Kosmos tętni życiem. Gdzie szukać organizmów pozaziemskich?

Już nie tylko Mars, ale również Wenus, Enceladus czy Europa powinny znaleźć się na liście do sprawdzenia. Jeżeli zapytani przez „Focusa” naukowcy mają rację, kosmos wokół nas tętni życiem.

Miałem na tym punkcie obsesję przez wiele lat – mówi Chris McKay, planetolog z NASA. – Szukanie życia na Marsie całkowicie mnie uwiodło, poświęciłem mu większość kariery zawodowej. Czas jednak porzucić tę pierwszą miłość. Dlaczego? Zakurzony, jałowy, pełen monotonnych krajobrazów glob – obiekt adoracji McKaya – ciągle nie spełnia pokładanych w nim nadziei. Od sześciu lat jego powierzchnię bada wysłany przez amerykańską agencję kosmiczną łazik Curiosity.

Mimo że dostarczył wiele dowodów pośrednich na to, że na Czerwonej Planecie mogło lub może istnieć życie, ciągle brakuje dowodu jednoznacznego. Nawet gdy pojawiają się dobre wieści (we wrześniu zeszłego roku naukowcy ogłosili, że Curiosity znalazł na Marsie bor, pierwiastek niezbędny do istnienia życia), często towarzyszą im wieści złe: dwa miesiące wcześniej badacze wykazali, że nadchlorany, powszechnie występujące na Czerwonej Planecie, w połączeniu z marsjańskim promieniowaniem ultrafioletowym tworzą toksyczne środowisko zabójcze dla ziemskich bakterii. Zagadkę Marsa może rozstrzygnąć misja Mars 2020. W jej ramach za dwa lata na Czerwoną Planetę poleci łazik zaprojektowany i wyposażony specjalnie pod kątem poszukiwania śladów biologicznych pozostałych po potencjalnych marsjańskich mikroorganizmach. Czy jednak zostaną znalezione? Naukowcy coraz mniej mają ochotę gdybać na ten temat, natomiast coraz częściej dochodzą do wniosku, że życia w Układzie Słonecznym należy szukać również gdzie indziej – i to w miejscach, w porównaniu z którymi Mars wydaje się tętniącą życiem amazońską puszczą.

GORĄCE PIEKŁO BEZ SŁOŃCA

Ciśnienie 90 razy większe niż na Ziemi, temperatura przekraczająca 450 st. C – to warunki zabójcze nie tylko ziemskich mikroorganizmów, ale również najbardziej wytrzymałych urządzeń badawczych. Najmocniejsze z nich – sonda Wenera 13 wysłana w 1982 r. przez radzieckich naukowców – działało na Wenus
przez 127 minut. Dłużej na powierzchni najbliższego nam globu nie przetrwała dotychczas żadna ziemska maszyna. Nic dziwnego, że o życiu na Wenus nie może być mowy. Ale nad Wenus – już tak. Na pozór wydaje się to niemożliwe. Atmosfera tej planety mogłaby wystraszyć biblijnych potępionych: nad globem unosi się warstwa chmur grubości 250 km, które składają się z kropel kwasu siarkowego. Chmury te są tak gęste, że zatrzymują całe światło słoneczne, mimo że po niebie przetaczają je potężne wichury. Sonda Venus Express, ostatnia, która zanurzyła się w atmosferę Wenus, oszacowała ich prędkość na 400 km/godz. Na dodatek na niektórych wysokościach z chmur padają żrące deszcze.

A jednak w chmurach Wenus istnieje miejsce, gdzie mogłoby utrzymać się życie. Na wysokościach ok. 45–60 km ciśnienie odpowiada ziemskiemu (1 atmosfera), a temperatura oscyluje wokół 60 stopni Celsjusza. Z tym fragmentem troposfery Wenus wiąże się też licząca prawie wiek naukowa tajemnica. – Nad Wenus od czasu do czasu pojawiają się ciemne plamy widoczne w ultrafiolecie – opowiada prof. Sanjay Limaye, planetolog z University of Wisconsin. – Są widoczne
przez kilka dni, w tym czasie zmieniają kształt i kontrast, po czym znikają. Co to jest? Naukowcy głowili się nad tym przez lata. Uważano, że tajemnicze plamy mogą być efektem reakcji chemicznych z udziałem związków siarki, jakie zachodzą kilkadziesiąt km nad Wenus. Nie wyjaśniało to jednak zaskakujących cech zjawiska – plamy pojawiają się bowiem okresowo niczym wykwity alg na jeziorach i morzach na Ziemi.

 

Na trop właściwego rozwiązania wpadł dr Grzegorz Słowik z Uniwersytetu Zielonogórskiego. – Cztery lata temu, w grudniu 2014 r. podczas warsztatów kosmicznych organizowanych przez Europejską Agencję Kosmiczną spotkałem prof. Limaye – mówi „Focusowi”. – Wspomniałem mu wówczas o moich badaniach bakterii Thiobacillus ferrooxidans. Bakteria ta ma niezwykłe cechy – jej metabolizm oparty jest na utlenianiu związków siarki i żelaza, których obecność wykryto nad Wenus. Zdaniem dr. Słowika podobne do niej mikroorganizmy mogłyby przetrwać w chmurach Wenus i odpowiadać za pojawiające się na nich plamy. Ta rewolucyjna teoria, opisana przez prof. Limaye, dr. Słowika i innych autorów, została w marcu opublikowana w piśmie „Astrobiology”. Jak sprawdzić, czy nad Wenus faktycznie może istnieć życie? – Zrobimy to dopiero wtedy, gdy pobierzemy i przebadamy próbki chmur Wenus na różnych wysokościach w ciągu dnia i nocy – tłumaczy „Focusowi” Sanjay Limaye.

Może do tego posłużyć VIMP (ang. Venus Atmospheric Maneuverable Platform) – pojazd, który ma łączyć cechy samolotu i sterowca. Jest dopiero w fazie projektów; szacuje się, że najwcześniej mógłby polecieć na Wenus z rosyjską misją Wenera-D, planowaną na późne lata 20. tego wieku.

WIERZĘ, ŻE NA WENUS ZNAJDZIEMY ŻYCIE

Dr Grzegorz Słowik, Instytut Fizyki Uniwersytetu Zielonogórskiego Na pomysł, że za ciemne plamy w chmurach planety Wenus odpowiadają organizmy żywe –
w postaci mikrobiologicznej – wpadłem, dostrzegając zaskakujące podobieństwa widm promieniowania ultrafioletowego otrzymanych dla bakterii z gatunku Thiobacillus ferrooxidans do widm, które zostały zarejestrowane dla Wenus w podobnym zakresie długości fali (220–500 nm). Mikroorganizmy te hodowano w oparciu o składniki odżywcze zawierające siarkę i żelazo, których obecność stwierdzono w wenusjańskich chmurach, co dodatkowo wspierało moją teorię. Podobnie mogą wzrastać bakterie wenusjańskie (i mieć metabolizm zbliżony do bakterii ziemskich). Na Ziemi bakterie znajdowane są nawet ponad 40 km nad powierzchnią. Wysokość nie wyklucza więc istnienia mikrobiologicznego życia, a w przypadku Wenus może nawet je wspierać!

Teorię o życiu na Wenus wzmacniają również najnowsze symulacje numeryczne dowodzące, że przez ok. 750 mln lat planeta ta charakteryzowała się w pełni przydatnym do życia klimatem. Nawet przez 2 miliardy lat na jej powierzchni mogła znajdować się ciekła woda. To mogło wystarczyć, aby pojawiło się tam życie w postaci bakteryjnej. Efekt cieplarniany sprawiał jednak, że temperatura na planecie rosła, wenusjańskie oceany z czasem całkowicie odparowały. Wtedy te mikroorganizmy migrowały i zamieszkały w wenusjańskich chmurach.

ŻAR KRÓLOWEJ LODU

22 marca 1998 r. kilkunastu chłopców grało w koszykówkę w liczącym osiem tysięcy mieszkańców Monahans w Teksasie. O siódmej wieczorem usłyszeli świst i huk. Jeden spostrzegł, że niedaleko placu do gry upadł kawałek skały wielkości ludzkiej pięści. Gdy chłopcy go dotknęli, był jeszcze ciepły. Meteoryt trafił najpierw w ręce strażaków, a następnie naukowców. Ci przez następnych 20 lat badali go za pomocą coraz bardziej zaawansowanych narzędzi. W lutym tego roku
specjaliści z Berkeley National Laboratory na łamach „Science Advances” ogłosili, że skała z Teksasu (i inne, które w tym samym czasie spadły na Ziemię, np.
w Maroku w sierpniu 1998 r.) zawiera zarówno wodę, jak i złożone związki organiczne, takie jak węglowodory i aminokwasy. To mieszanka podstawowych składników życia. – Nasze wyniki sugerują, że ta materia organiczna pochodzi z ciała niebieskiego, które zawiera lub zawierało w przeszłości duże ilości wody – mówi Yoko Kebukawa Narodowego Uniwersytetu w Jokohamie, która analizowała meteoryty w Berkeley. Jaki to glob? – Przypuszczalnie planetoida Ceres – odpowiada badaczka.

 

Ceres to królowa pustki rozciągającej się między Marsem a Jowiszem. Jak na królową przystało, otacza ją aura tajemnicy. Przypuszcza się, że składa się ze skalnego jądra i warstwy lodu lub nawet oceanu ciekłej wody. Mógł on powstać na skutek działania ciepła wydzielanego wewnątrz planetoidy w czasie jej ewolucji – być może to ciepło nadal promieniuje i zapewnia Ceres energię. Glob ten jest tak ciekawy, że naukowcy zdecydowali się wysłać tam sondę Dawn. Badała ona planetoidę w 2015 i 2016 r. Analiza wykonanych przez nią zdjęć wykazała, że Ceres prawdopodobnie kryje aktywne kriowulkany, które wyrzucają w przestrzeń parę wodną i lód. Największego odkrycia dokonano jednak w kraterze Ernutet. Na zdjęciach wykonanych przez Dawn geolodzy zidentyfikowali skupiska związków organicznych – tholinów.

Według niektórych naukowców to właśnie przyniesione przez komety tholiny mogły być źródłem substancji organicznych, z których na Ziemi rozwinęło się życie. „Ponieważ Ceres jest planetą karłowatą, która nadal może emitować ciepło z okresu kształtowania się, a być może nawet posiada podziemny ocean, istnieje prawdopodobieństwo, że rozwinęły się na niej prymitywne mikroorganizmy” – napisał Michael Küppers, planetolog z Europejskiej Agencji Kosmicznej w „Science” w lutym zeszłego roku. „Tym samym Ceres dołącza do Marsa i księżyców gazowych gigantów Układu Słonecznego, mogących być schronieniem dla życia”.

BIAŁA KULA, KTÓRA PLUJE WODĄ

Trwało to tylko kilkadziesiąt sekund, a jednak dostarczyło przesłanek, które uwiodły Chrisa McKaya i kazały mu zapomnieć o Marsie. W październiku 2015 r. sonda Cassini przeleciała zaledwie 50 km nad powierzchnią Enceladusa. Na niecałą minutę zanurzyła się wówczas w wodny pióropusz, który księżyc Saturna wypluwa z siebie w przestrzeń kosmiczną. To chwilowe nurkowanie przyniosło serię zaskakujących informacji o największym konkurencie Czerwonej Planety do miana najbardziej prawdopodobnego schronienia dla życia w Układzie Słonecznym.
 

Enceladus nie imponuje rozmiarami. Jest o wiele mniejszy od ziemskiego Księżyca – ma średnicę tylko 500 km. Już Voyagery odkryły, że składa się głównie z lodu. W 2005 r. pierwsze zbliżenia sondy Cassini przyniosły rewelację – nad południowym biegunem księżyca kwitną pióropusze lodu i pary wodnej. Dalsze
badania wykazały, że z podlodowego oceanu księżyca wydobywają się też m.in. wodór i metan. Co więcej, przypuszcza się, że w niektórych miejscach księżyca płynna woda może znajdować się blisko powierzchni – kolejna przesłanka pozwalająca wierzyć, że na Enceladusie mogą istnieć proste formy życia.

 

W lutym tego roku spekulacje na ten temat przybrały konkretny kształt. To co dla Wenus zrobił dr. Grzegorz Słowik, dla Enceladusa opracował Simon Rittmann z Uniwersytetu Wiedeńskiego. Rittmann znalazł mianowicie ziemski organizm, który mógłby przetrwać w warunkach panujących pod lodowym płaszczem Enceladusa. Methanothermococcus okinawensis to archeon, czyli prosty jednokomórkowy organizm nieposiadający jądra komórkowego, który nie jest ani bakterią, ani eukariontem (organizmem składającym się z komórek posiadających jądra komórkowe – takim jak np. człowiek). Pochodzi z kominów geotermalnych u wybrzeży Japonii. Rittmann zasymulował fizykochemiczne warunki panujące pod powierzchnią Enceladusa i okazało się, że Methanothermococcus okinawensis jest w stanie się w nich rozwijać. Czerpie bowiem energię z przemiany wodoru cząsteczkowego i dwutlenku węgla w metan.

Oczywiście nie oznacza to, że metan odkryty w pióropuszach Enceladusa musi być produkowany przez organizmy żywe. Równie dobrze może pochodzić z kominów geotermalnych. Jednak naukowcy podkreślają, że odkrycia takie jak Rittmanna i dr. Słowika pozwalają myśleć o projektowaniu konkretnych urządzeń badawczych, jakie powinny wchodzić w skład przyszłych misji komicznych. Jakie to misje? W grudniu zeszłego roku NASA zdecydowała, że w pierwszej kolejności chce badać Tytana, inny z księżyców Saturna. Na liście najbliższych celów jest również Europa, księżyc Jowisza. Za cztery lata wystartuje finansowana przez ESA sonda Juice, która w 2029 r. dotrze nad Europę. NASA planuje zaś w przyszłości swoją własną misję – Europa Clipper.

NAJWIĘKSZA Z TAJEMNIC, KTÓRA CZEKA NA WYJAŚNIENIE

Teorie, które leżą u podstaw planowania tych misji i szukania życia w Układzie Słonecznym, pomijają jednak pewien wstydliwy problem. Otóż ciągle brakuje odpowiedzi na wydawałoby się proste pytanie: co to właściwie jest życie? To zaskakujące, ale mimo podejmowanych prób dotychczas nie powstała jedna spójna
definicja życia akceptowana przez cały świat naukowy. Na początku XXI w. Międzynarodowe Towarzystwo Badania Początków Życia chciało ją stworzyć, przepytując badaczy z całego świata – w rezultacie uzyskano 78 różnych odpowiedzi. W 1992 r. NASA przyjęła, że życie to „samopodtrzymujący się system chemiczny, zdolny do przemian na drodze ewolucji”. Ujęcie to obejmuje dwie podstawowe cechy życia – zdolność do samopowielania oraz przemiany, wyklucza jednak z grona żywych istot wirusy, które do istnienia wymagają bardziej złożonych organizmów żywych. A to zaledwie początek kłopotów. Nie tylko brakuje nam pewności, co nazwać życiem, ale nie mamy też najmniejszego pojęcia, skąd się wzięło na Ziemi. Co konkretnie, na poziomie biochemicznym, działo się w ziemskich oceanach 3,5 mld lat temu?

Klasyczną już próbę wyjaśnienia tego podjął w 1953 roku Stanley Miller, doktorant na University of Chicago. Przeprowadził prosty eksperyment – w dwóch kolbach laboratoryjnych zasymulował warunki istniejące na naszej planecie u jej zarania – czyli połączył
wodę z mieszaniną metanu, wodoru i amoniaku, a następnie przepuścił przez ten roztwór prąd. Po kilku dniach w kolbach pojawiły się związki organiczne, m.in. aminokwasy. Wydawało się, że zagadka jest rozwiązana, a powstanie życia – banalnie proste. Nic podobnego. Bill Bryson, autor bestsellera „Krótka historia prawie wszystkiego”, w błyskotliwy sposób wyjaśnia, dlaczego od eksperymentu Millera do znanych nam choćby najprostszych organizmów prowadzi droga
nieskończonej długości. Aminokwasy łączą się w łańcuchy tworząc białka, których w ludzkim organizmie może być nawet milion. Przeciętne białko składa się z 200 aminokwasów ustawionych jeden po drugim w określonym porządku.

 

Jaka jest szansa, że 20 aminokwasów (tyle ich potrzeba do zbudowania każdego z nas) ustawi się losowo w określonej kolejności? To jeden do 10260. Hemoglobina, stosunkowo małe białko, składa się z 146 aminokwasów – można je ułożyć na 10190 sposobów. Jak pisze Bryson „szansa, że jakiś przypadkowy proces mógł wyprodukować nawet jedno proste białko, wydaje się oszałamiająco znikoma”. Według słynnego porównania astronoma Freda Hoyle’a, równa tej, że szalejąca w składnicy złomu trąba powietrzna zostawi po sobie gotowego do lotu jumbo jeta. A przecież białka to nie wszystko. Do zaistnienia życia musi też powstać nośnik informacji genetycznej (DNA) oraz błona komórkowa. „Każdy, kto odpowiada, że wie, w jaki sposób na jałowej Ziemi około 3,45 mld lat temu powstało życie, jest albo głupcem, albo oszustem” – pisał w 1995 r. Stuart Kauffmann, biolog teoretyk, jeden z najbardziej znanych badaczy początków życia na Ziemi. Ta wielka niewiadoma stanowi mocną przesłankę sugerującą, że w poszukiwaniach życia w kosmosie znajdujemy się na początku drogi.
 

STAWIAM NA MARSA

Nawet miejsca mocno różniące się pod względem chemicznym od Ziemi nie wykluczają istnienia życia – mówi dr Penelope J. Boston, szefowa należącego do NASA Instytutu Astrobiologii przy Ames Research Centre.

Magdalena, Salik, Focus: Czy na pewno wiemy, czego szukać w kosmosie? Co to Pani zdaniem jest życie?

P.B. – Mam dwie odpowiedzi. Jedna, bardzo nieformalna – życie to coś, co działa i zmienia się, by dopasować się do zmieniających się warunków. Formalna zaś obejmuje kilka elementów – po pierwsze żywy organizm musi posiadać wyraźne granice. W przypadku życia ziemskiego to błona komórkowa, która oddziela to, co jest poza komórką, od jej wnętrza. Drugi warunek: większy porządek wewnątrz żywego organizmu (czyli mniejsza entropia niż na zewnątrz). Trzeci – zdolność pozyskiwania energii. Czwarty – wykorzystanie jej do transportowania składników odżywczych wewnątrz organizmu i wydalania z niego produktów przemiany materii. Piąty – ewolucja, czyli pojawianie się błędów w kopiowaniu informacji genetycznej, co prowadzi do powstawania różnych typów organizmów. Oraz ostatni – populacja może zmieniać się w efekcie zmieniającego się środowiska.

Wierzy Pani, że tak opisane życie istnieje w Układzie Słonecznym poza Ziemią? Jeśli tak – gdzie?

– W nauce wiara to za mało. Musimy szukać dowodu. Według mnie trzy najbardziej interesujące miejsca, gdzie mógłby się znajdować, to marsjańska gleba – jeśli gdzieś głęboko przetrwała woda w stanie ciekłym, płynne oceany na Europie oraz Enceladus. Jednak Układ Słoneczyny ciągle nas zaskakuje, nie wykluczałabym więc również innych miejsc. Interesujący jest Tytan, księżyc Saturna. Zawiera dużo organicznych związków węgla, może istnieć tam płynny metan lub etan. Miejsce tak różne pod względem chemicznym od Ziemi wyklucza istnienie ziemskich form życia, a więc życie na Tytanie musiałoby być radykalnie różne od tego, które znamy.

Czy możliwe jest, by było oparte na innym pierwiastku niż węgiel?

– Spekuluje się, że życie mogłoby się składać z różnych innych elementów – najwięcej mówi się o krzemie. Wiemy, że istnieje grupa związków krzemu zwanych krzemowodorami, które wykazują pewne chemiczne podobieństwo do organicznych związków węgla. Jednak system oparty na krzemie nie mógłby rozwijać się w wodzie, tylko np. w amoniaku.
 

 

Więcej:kosmosMars