Ми маємо лише один приклад формування біології у Всесвіті — життя на Землі. Але що, якщо життя може формуватися іншими способами? Як шукати інопланетне життя, якщо ви не знаєте, як може виглядати інопланетне життя? Ці питання хвилюють астробіологів, які є вченими, які шукають життя за межами Землі. Астробіологи намагалися виробити універсальні правила, які керують появою складних фізичних і біологічних систем як на Землі, так і за її межами.
Я астроном, який багато писав про астробіологію. Завдяки моїм дослідженням я дізнався, що найпоширенішою формою позаземного життя, ймовірно, є мікроорганізми, оскільки окремі клітини можуть утворюватися легше, ніж великі організми. Але на випадок, якщо десь існує розвинене інопланетне життя, я входжу до міжнародної консультативної ради групи, яка розробляє повідомлення для надсилання цим цивілізаціям.
Виявлення життя за межами Землі
З часу першого відкриття екзопланети в 1995 році було знайдено понад 5000 екзопланет або планет, що обертаються навколо інших зірок. Багато з цих екзопланет невеликі та скелясті, як Земля, і знаходяться в зоні проживання своїх зірок. Населена зона — це діапазон відстаней між поверхнею планети та зіркою, навколо якої вона обертається, який дозволив би планеті мати рідку воду, а отже, підтримувати життя, яке ми знаємо на Землі.
Вибірка екзопланет, виявлених на цей час, передбачає 300 мільйонів потенційних біологічних експериментів у нашій галактиці — або 300 мільйонів місць, включаючи екзопланети та інші тіла, такі як супутники, з відповідними умовами для виникнення біології.
Невизначеність для дослідників починається з визначення життя. Складається враження, що визначити життя має бути легко, оскільки ми знаємо життя, коли бачимо його, чи то літаючий птах, чи мікроб, що рухається в краплі води. Але вчені не дійшли згоди щодо визначення, і деякі вважають, що вичерпне визначення може бути неможливим.
NASA визначає життя як «самопідтримувану хімічну реакцію, здатну до дарвінівської еволюції». Це означає, що організми зі складною хімічною системою еволюціонують, адаптуючись до навколишнього середовища. Дарвінівська еволюція говорить, що виживання організму залежить від його придатності до навколишнього середовища. Еволюція життя на Землі просувалася протягом мільярдів років від одноклітинних організмів до великих тварин та інших видів, включаючи людей.
Екзопланети віддалені й у сотні мільйонів разів тьмяніші за їхні батьківські зірки, тому їх вивчення є складним завданням. Астрономи можуть досліджувати атмосферу та поверхню екзопланет, схожих на Землю, за допомогою методу, що називається спектроскопією, щоб шукати хімічні ознаки життя. Спектроскопія може виявити сигнатури кисню в атмосфері планети, які мікроби називають синьо-зеленими водоростями, створеними в результаті фотосинтезу на Землі кілька мільярдів років тому, або сигнатури хлорофілу, які вказують на життя рослин.
Визначення життя НАСА веде до деяких важливих питань, але без відповіді. Чи є дарвінівська еволюція універсальною? Які хімічні реакції можуть призвести до біології поза Землею?
Еволюція і складність
Все живе на Землі, від спори гриба до синього кита, розвинулося від останнього спільного предка мікробів приблизно 4 мільярди років тому. Ті самі хімічні процеси спостерігаються в усіх живих організмах на Землі, і ці процеси можуть бути універсальними. Вони також можуть кардинально відрізнятися в іншому місці.
У жовтні 2024 року різноманітна група вчених зібралася, щоб подумати нестандартно про еволюцію. Вони хотіли зробити крок назад і дослідити, які саме процеси створили порядок у Всесвіті — біологічний чи ні — щоб з’ясувати, як досліджувати появу життя, абсолютно не схожого на життя на Землі.
Двоє присутніх дослідників стверджували, що складні системи хімічних речовин або мінералів у середовищах, які дозволяють деяким конфігураціям зберігатися краще, ніж інші, еволюціонують для зберігання більших обсягів інформації. З плином часу система ставатиме все більш різноманітною та складною, отримуючи функції, необхідні для виживання, через певний вид природного відбору. Вони припустили, що може існувати закон, який описує еволюцію широкого спектру фізичних систем. Біологічна еволюція через природний відбір була б лише одним із прикладів цього ширшого закону.
У біології інформація відноситься до інструкцій, що зберігаються в послідовності нуклеотидів на молекулі ДНК, які разом складають геном організму та визначають, як організм виглядає і як він функціонує. Якщо визначити складність з погляду теорії інформації, природний відбір спричинить ускладнення генома, оскільки він зберігає більше інформації про навколишнє середовище. Складність може бути корисною для вимірювання межі між життям і нежиттям.
Однак неправильно робити висновок, що тварини складніші за мікроби. Біологічна інформація збільшується разом із розміром геному, але щільність еволюційної інформації падає. Щільність еволюційної інформації — це частка функціональних генів у геномі або частка загального генетичного матеріалу, який виражає придатність до середовища.
Організми, які люди вважають примітивними, наприклад бактерії, мають геноми з високою щільністю інформації, тому вони виглядають краще розробленими, ніж геноми рослин або тварин. Універсальна теорія життя все ще невловима. Така теорія включала б концепції складності та зберігання інформації, але вона не була б прив’язана до ДНК чи конкретних типів клітин, які ми знаходимо в земній біології.
Наслідки для пошуку позаземного життя
Дослідники дослідили альтернативи земній біохімії. Усі відомі живі організми, від бактерій до людини, містять воду, а це розчинник, необхідний для життя на Землі. Розчинник — це рідке середовище, яке сприяє хімічним реакціям, у результаті яких може виникнути життя. Але життя потенційно може виникнути і з інших розчинників.
Астробіологи Віллам Бейнз і Сара Сігер дослідили тисячі молекул, які можуть бути пов’язані з життям. Ймовірні розчинники включають сірчану кислоту, аміак, рідкий вуглекислий газ і навіть рідку сірку. Інопланетне життя може не базуватися на вуглеці, який утворює основу всіх основних молекул життя — принаймні тут, на Землі. Можливо, щоб вижити, йому навіть не потрібна планета.
Розвинені форми життя на чужих планетах можуть бути настільки дивними, що їх неможливо впізнати. Коли астробіологи намагаються виявити життя за межами Землі, їм доведеться проявити творчість. Однією зі стратегій є вимірювання мінеральних ознак на скелястих поверхнях екзопланет, оскільки різноманітність мінералів відстежує земну біологічну еволюцію. У міру розвитку життя на Землі воно використовувало та створювало мінерали для екзоскелетів і середовищ існування. Сотня мінералів, які були присутні на початку життя, сьогодні зросла приблизно до 5000.
Наприклад, циркони — це прості силікатні кристали, які належати до часу, коли не виникло життя. Циркон, знайдений в Австралії, є найдавнішим відомим шматком земної кори. Але інші мінерали, такі як апатит, складний кальцієво-фосфатний мінерал, створені біологією. Апатит є основним інгредієнтом кісток, зубів і риб’ячої луски.
Ще одна стратегія пошуку життя, відмінного від земного, полягає у виявленні доказів існування цивілізації, таких як штучне освітлення або промисловий забруднювач діоксид азоту в атмосфері. Це приклади індикаторів розумного життя, які називаються техно сигнатурами. Незрозуміло, як і коли станеться перше виявлення життя за межами Землі. Це може бути в Сонячній системі, або шляхом нюхання атмосфери екзопланети, або шляхом виявлення штучних радіосигналів від далекої цивілізації.
Пошук — це звивиста дорога, а не прямий шлях. І це для життя, яким ми його знаємо — для життя, яким ми його не знаємо, усі ставки скасовуються. Ця відредагована стаття перепублікована з The Conversation під ліцензією Creative Commons. Прочитайте оригінальну статтю.