NASA a acordat prioritate misiunilor dedicate căutării vieții în sistemul nostru solar și în afara acestuia, iar acest lucru reflectă și interesul public. Descoperirea vieții extraterestre ne-ar modifica viziunea asupra umanității și a locului nostru în Univers. Nimic nu contribuie mai mult la obiectivul NASA de a explora cosmosul, de a inspira și a educa urmatoarea generație de studenți în știință, decât căutarea vieții extraterestre. Însă ar fi cel mai nefericit caz dacă am cheltui resurse considerabile și să n-o recunoaștem atunci când o găsim.
Căutarea vieții extraterestre a început practic de curând, o dată cu descoperirea undelor radio și a continuat printr-un efort susținut începând cu anii 80. Căutarea vieții în sistemul nostru solar s-a bazat pe un model geocentric, presupunând că viața ar avea caracteristici similare cu cele de pe Pământ.
Viața pe Pământ folosește apa ca solvent, este alcatuită din celule, se bazează pe grupul carbonil (compus dintr-un atom de carbon dublu legat de un atom de oxigen) și folosește o arhitectură cu doi biopolimeri care utilizează acizii nucleici pentru a efectua funcțiile genetice și catalitice. Pe lângă acestea, viața mai are o caracteristică importantă: utilizează energia rezultată din reacțiile chimice, în special acelea în care legăturile care unesc carbonul și hidrogenul sunt transformate în legături între carbon și oxigen sau hidrogen și oxigen.
În consecință, cele mai multe misiuni ale NASA s-au concentrat asupra locațiilor unde ar putea exista apă în stare lichidă pentru a găsi structuri similare cu cele de pe Pământ, sau molecule care ar putea fi produse de un metabolism bazat pe grupul carbonil. Este posibil oare ca viața să se bazeze pe structuri moleculare diferite de cele cunoscute pe Pământ?
De ce este nevoie ca viața să apară?
Înainte de a începe să căutăm viață pe alte planete, trebuie să știm exact ce căutăm.
Dacă viața este posibilă folosind alți solvenți decât apa lichida, atunci numarul de planete ce pot susține viața este mult mai mare. În sistemul nostru solar știm că există apă pe Marte, în mediile subterane ale sateliților lui Jupiter (Europa, Ganymede și Callisto), poate chiar și pe Enceladus.
Solvenții solizi ar putea, totuși, să fie prezenți și în alte medii planetare. Unul dintre aceste locuri ar putea fi Titan și ar fi mai accesibil pentru misiunile spațiale decât să forăm în subsolul planetei Marte, acolo unde există apă.
Teoria, datele și experimentele arată că viața necesită urmatoarele lucruri (în ordinea descrescătoare a certitudinii):
- Un neechilibru termodinamic
- Un mediu capabil să mențină legături covalente, în special între carbon, hidrogen și alți atomi
- Un mediu lichid
- Un sistem molecular care să sprijine evoluția.
Viața pe Pământ folosește energia solară, geotermală și chimică pentru a menține starea de neechilibru constantă. Pentru ca sistemul să se mențină într-o stare de neechilibru constantă, schimbul de entropie trebuie să fie negativ și egal cu entropia produsă prin procesele interne, ca în cazul metabolismului.
Energia este folosită și pentru a menține legăturile covalente dintre carbon, apă și alți atomi. Viața care prezintă aceste caracteristici poate fi gasită oriunde gasim apă și energie. Dar avem vreun motiv să credem că viața poate apărea doar acolo unde există apă? Din cunoștințele noastre în chimia organică, apa nu este neapărat necesară. Interacțiunile dipolare sunt în general mai puternice în solvenți neapoși, nepolari, decât în apă.
Este evoluția o caracteristică necesară a vieții?
Multe dintre definițiile vieții includ expresia că viața este “supusă evoluției Darwiniste”. Schimbările și adaptarea fenotipică sunt necesare pentru a exploata condițiile instabile ale mediului înconjurator, pentru a funcționa optim și pentru a oferi un mecanism de creștere a complexității biologice. Caracteristicile vieții sunt capacități inerente de adaptare la condițiile de mediu.
Modificările evolutive au fost sugerate de Cairns-Smith chiar și pentru ipoteza cristalelor minerale din argilă, sugerând că acestea au contribuit la organizarea de molecule organice în structuri ordonate.
Ar putea un sistem chimic ce se auto-replică să fie capabil de transformări chimice în mediul inconjurător? Dacă compușii chimici nu sunt vii, atunci replicarea nu este o caracteristică numai a vieții.
Selecția naturală este cheia evoluției iar această selecție este prezentată ca o caracteristică în multe definiții ale vieții.
Evoluția este mecanismul-cheie al mutațiilor și transmiterii de gene către urmași în rândul unei populații. Cu toate acestea, deși mutația și selecția naturală sunt procese importante, ele nu sunt singurele mecanisme folosite în achiziționarea de noi gene. Studiind viața pe Pământ, am descoperit că transferul de gene între specii este un mecanism vechi și eficient de creare rapidă a diversității și a complexității.
Selecția naturală bazată doar pe mutații probabil nu este un mecanism adecvat pentru ființele complexe. Mai important, transferul de gene între specii și endosimbioza sunt probabil cele mai evidente mecanisme pentru crearea unui genom complex. Existența virusurilor este importantă, deoarece, în vremurile timpurii ale Terrei, virusurile au putut fi sursa a multor inovații genetice datorită replicarii lor rapide, a frecvenței ridicate a mutațiilor și a inserțiilor genetice în celulele gazdă.
Este evoluția o trăsătură esențială a vieții? Celulele reprezintă mult mai mult decât informațiile codificate în genomul lor; celulele fac parte dintr-un sistem biologic și chimic și sunt critice pentru crearea și operarea acestui sistem.
Unitatea biochimiei pune accentul pe capacitatea organismelor de a interacționa cu altele pentru a forma comunități, pentru a dobândi și a transmite gene, pentru a folosi genele vechi în moduri noi, pentru a exploata noi habitate și, cel mai important, pentru a realiza mecanisme pentru a ajuta la „controlul” propriei evoluții. Aceste caracteristici sunt susceptibile de a fi prezente și vieții extraterestre, chiar dacă au avut o origine și o biochimie total diferită față de cea de pe Pământ.
Cum ar arăta viața pe alte planete?
Deoarece avem doar un exemplu de structuri biomoleculare și pentru că mintea umană întâmpină dificultăți în a crea idei cu adevărat diferite de ceea ce știe deja, este dificil să ne imaginăm cum ar putea arăta viața într-un mediu foarte diferit de ceea ce găsim pe Pământ.
Căutarea vieții în cosmos începe cu înțelegerea vieții pe Pământ. Deși viața pe Pământ este clasificată în mod convențional în milioane de specii, studiile asupra structurii moleculare a biosferei arată că toate organismele au un strămoș comun. Planeta noastră este plină de nenumărate specii dar există și multe medii de viață extrem de diferite – unele chiar prea ostile pentru oameni. O lecție învățată din studiile biochimice arată că viața pe care o cunoaștem are nevoie de apă lichidă. Oriunde se găsește o sursă de energie și apă lichidă, acolo se găsește și viață. Această observație a contribuit deja la îndrumarea misiunilor NASA în căutarea vieții în sistemul nostru solar. După cum a observat și Carl Sagan, nu este surprinzător faptul că organismele bazate pe carbon care inspiră oxigen și conțin 60% apă ar concluziona că viața trebuie să se bazeze pe carbon, apă și să inspire oxigen.
Tindem să credem că viața se bazează pe carbon deoarece viața de pe Pământ se bazează pe carbon. Dar chimia ne arată că putem avea reacții chimice și viață fără a implica carbonul, folosind alți solvenți în locul apei, sau folosind reacții de oxidare-reducție fără dioxigen. De exemplu, viața ar putea obține energie din NaOH + HCI (hidroxid de sodiu + acid clorhidric). Este posibil să existe alte forme de viață care nu sunt bazate pe carbon?
Dar despre asta, vom vorbi în articolul următor.
Bibliografie:
„The Limits of Organic Life in Planetary Systems” by the National Research Council.
http://cadredidactice.ub.ro
https://www2.jpl.nasa.gov/
Foto: Openminds.tv