في فيلم "Avatar" ، يمكننا أن نقول في لمحة أن القمر الغريب Pandora كان يعج بالحياة الغريبة. هناك 50 مليون كائن بكتيري في غرام واحد من التربة ، وتتجاوز الكتلة الحيوية البكتيرية في جميع أنحاء العالم تلك الموجودة في جميع النباتات والحيوانات. يمكن أن تنمو الميكروبات في البيئات القاسية من درجات الحرارة والملوحة والحموضة والإشعاع والضغط. الشكل الأكثر احتمالا الذي سنواجه فيه الحياة في مكان آخر في نظامنا الشمسي هو الميكروبي.
يحتاج علماء الأحياء الفلكية إلى استراتيجيات لاستنتاج وجود حياة جرثومية غريبة أو بقاياها المتحجرة. إنهم بحاجة إلى استراتيجيات لاستنتاج وجود حياة غريبة على الكواكب البعيدة للنجوم الأخرى ، والتي تكون بعيدة جدًا لاستكشافها مع المركبات الفضائية في المستقبل المنظور. للقيام بهذه الأشياء ، يتوقون إلى تعريف الحياة ، والذي سيجعل من الممكن التمييز بين الحياة وغير الحياة بشكل موثوق.
لسوء الحظ ، كما رأينا في الدفعة الأولى من هذه السلسلة ، على الرغم من النمو الهائل في معرفتنا بالكائنات الحية ، لم يتمكن الفلاسفة والعلماء من إنتاج مثل هذا التعريف. يحصل علماء الأحياء الفلكية على أفضل ما يمكنهم مع تعريفات جزئية ، ولها استثناءات. إن بحثهم موجه لميزات الحياة على الأرض ، الحياة الوحيدة التي نعرفها حاليًا.
في الدفعة الأولى ، رأينا كيف يؤثر تكوين الحياة الأرضية على البحث عن الحياة خارج الأرض. يبحث علماء الأحياء الفلكية عن البيئات التي كانت تحتوي على الماء السائل أو تحتوي حاليًا على سائل ، والتي تحتوي على جزيئات معقدة تعتمد على الكربون. ومع ذلك ، يرى العديد من العلماء أن السمات الأساسية للحياة لها علاقة بقدراتها بدلاً من تكوينها.
في عام 1994 ، تبنت لجنة ناسا تعريف الحياة على أنها "نظام كيميائي قائم بذاته قادر على التطور الدارويني" ، بناءً على اقتراح من كارل ساجان. يحتوي هذا التعريف على سمتين ، التمثيل الغذائي والتطور ، والتي يتم ذكرها عادة في تعريفات الحياة.
التمثيل الغذائي هو مجموعة من العمليات الكيميائية التي تستخدم بها الكائنات الحية الطاقة بنشاط للحفاظ على نفسها والنمو والتطور. وفقًا للقانون الثاني للديناميكا الحرارية ، فإن النظام الذي لا يتفاعل مع بيئته الخارجية سيصبح غير منظم وموحد بمرور الوقت. إن الكائنات الحية تبني وتحافظ على حالتها غير المحتملة والمنظمة للغاية لأنها تستخدم مصادر الطاقة في بيئتها الخارجية لتقوية عملية التمثيل الغذائي.
تستخدم النباتات وبعض البكتيريا طاقة ضوء الشمس لتصنيع جزيئات عضوية أكبر من وحدات فرعية أبسط. تخزن هذه الجزيئات الطاقة الكيميائية التي يمكن استخلاصها لاحقًا عن طريق تفاعلات كيميائية أخرى لتشغيل عملية التمثيل الغذائي. تستهلك الحيوانات وبعض البكتيريا النباتات أو الحيوانات الأخرى كغذاء. يحللون الجزيئات العضوية المعقدة في طعامهم إلى أبسط ، لاستخراج الطاقة الكيميائية المخزنة. يمكن لبعض البكتيريا استخدام الطاقة الموجودة في المواد الكيميائية المشتقة من مصادر غير حية في عملية التخليق الكيميائي.
في مقال 2014 في علم الأحياء الفلكيةأشار لوكاس جون ميكس ، عالم الأحياء التطوري في جامعة هارفارد ، إلى تعريف التمثيل الغذائي للحياة على أنه هالدين لايف بعد عالم الفسيولوجيا الرائد ج. تعريف الحياة هالدين مشاكله. تستخدم الأعاصير والدوامات مثل جوبيتر ريد سبوت الطاقة البيئية للحفاظ على هيكلها المنظم ، ولكنها ليست على قيد الحياة. تستخدم النار الطاقة من بيئتها للحفاظ على نفسها والنمو ، ولكنها ليست على قيد الحياة أيضًا.
على الرغم من عيوبه ، استخدم علماء الفلك تعريف هالدين لاستنباط التجارب. قام مهبطو Viking Mars بالمحاولة الوحيدة حتى الآن للاختبار المباشر لحياة خارج كوكب الأرض ، من خلال الكشف عن أنشطة التمثيل الغذائي المفترضة للميكروبات المريخية. وافترضوا أن التمثيل الغذائي المريخي يشبه كيميائياً نظيره الأرضي.
سعت إحدى التجارب إلى الكشف عن التكسر الأيضي للمغذيات إلى جزيئات أبسط لاستخراج طاقتها. تهدف الثانية إلى الكشف عن الأكسجين كمنتج نفايات لعملية التمثيل الضوئي. حاول ثالث إظهار تصنيع الجزيئات العضوية المعقدة من وحدات فرعية أبسط ، والتي تحدث أيضًا أثناء عملية التمثيل الضوئي. يبدو أن التجارب الثلاثة أعطت نتائج إيجابية ، لكن العديد من الباحثين يعتقدون أنه يمكن تفسير النتائج التفصيلية بدون علم الأحياء ، بواسطة عوامل مؤكسدة كيميائية في التربة.
لا تزال بعض نتائج الفايكنج مثيرة للجدل حتى يومنا هذا. في ذلك الوقت ، شعر العديد من الباحثين أن الفشل في العثور على مواد عضوية في تربة المريخ استبعد التفسير البيولوجي لنتائج التمثيل الغذائي. الاكتشاف الأحدث أن تربة المريخ تحتوي بالفعل على جزيئات عضوية ربما تكون قد دمرتها البركلورات أثناء تحليل الفايكنج ، وأن الماء السائل كان وفيرًا على سطح المريخ يُعطي معقولية جديدة للادعاء بأن الفايكنج قد نجح بالفعل في الكشف الحياة. لم تثبت نتائج الفايكنغ بحد ذاتها أن الحياة موجودة على كوكب المريخ ولا تستبعدها.
قد تترك الأنشطة الأيضية للحياة أيضًا بصماتها على تكوين الأجواء الكوكبية. في عام 2003 ، رصدت مركبة الفضاء الأوروبية مارس اكسبريس آثار غاز الميثان في الغلاف الجوي للمريخ. في ديسمبر 2014 ، أفاد فريق من علماء وكالة ناسا أن مركبة كيريوسيتي مارس أكدت هذا الاكتشاف بواسطة ميثان الغلاف الجوي المكتشف من سطح المريخ.
يتم إطلاق معظم غاز الميثان الموجود في الغلاف الجوي للأرض بواسطة الكائنات الحية أو بقاياها. إن النظم البيئية البكتيرية الجوفية التي تستخدم التركيب الكيميائي كمصدر للطاقة شائعة ، وتنتج غاز الميثان كمنتج للنفايات الأيضية. لسوء الحظ ، هناك أيضًا عمليات جيوكيميائية غير بيولوجية يمكنها إنتاج غاز الميثان. لذا ، مرة أخرى ، الميثان المريخي غامض بشكل محبط كعلامة على الحياة.
الكواكب خارج المجموعة الشمسية التي تدور حول النجوم الأخرى بعيدة جدًا عن زيارتها بالمركبة الفضائية في المستقبل المنظور. لا يزال علماء الفلك يأملون في استخدام تعريف هالدين للبحث عن الحياة عليهم. مع التلسكوبات الفضائية في المستقبل القريب ، يأمل الفلكيون في معرفة تكوين الغلاف الجوي لهذه الكواكب من خلال تحليل طيف موجات الضوء التي تنعكس أو تنتقل عن طريق غلافها الجوي. سيكون تلسكوب جيمس ويب الفضائي المقرر إطلاقه في 2018 ، أول من يكون مفيدًا في هذا المشروع. يريد علماء الأحياء الفلكية البحث عن المؤشرات الحيوية للغلاف الجوي ؛ الغازات التي هي منتجات النفايات الأيضية للكائنات الحية.
مرة أخرى ، يسترشد هذا المسعى بالمثال الوحيد لكوكب يحمل الحياة لدينا حاليا ؛ أرض. حوالي 21٪ من الغلاف الجوي لكوكبنا هو الأكسجين. هذا أمر مثير للدهشة لأن الأكسجين هو غاز شديد التفاعل يميل إلى الدخول في تركيبات كيميائية مع مواد أخرى. يجب أن يختفي الأكسجين الحر بسرعة من الهواء. يبقى موجودًا لأنه يتم استبدال الخسارة باستمرار بالنباتات والبكتيريا التي تطلقها كمنتج نفايات التمثيل الغذائي لعملية التمثيل الضوئي.
توجد آثار من غاز الميثان في الغلاف الجوي للأرض بسبب بكتيريا التركيب الكيميائي. بما أن الميثان والأكسجين يتفاعلان مع بعضهما البعض ، فلن يبقى أي منهما حوله لفترة طويلة ما لم تكن الكائنات الحية تعيد باستمرار الإمداد. يحتوي الغلاف الجوي للأرض أيضًا على آثار للغازات الأخرى التي تكون منتجات أيضية.
بشكل عام ، تستخدم الكائنات الحية الطاقة للحفاظ على الغلاف الجوي للأرض في حالة بعيدة عن التوازن الديناميكي الحراري الذي ستصل إليه بدون حياة. يشك علماء الفلك في أي كوكب له جو في حالة مماثلة لإيواء الحياة. ولكن ، بالنسبة للحالات الأخرى ، سيكون من الصعب استبعاد الاحتمالات غير البيولوجية تمامًا.
إلى جانب التمثيل الغذائي ، حددت لجنة ناسا التطور باعتباره القدرة الأساسية للكائنات الحية. من أجل حدوث عملية تطورية ، يجب أن تكون هناك مجموعة من الأنظمة ، حيث يكون كل منها قادرًا على إعادة إنتاج نفسه بشكل موثوق. على الرغم من الموثوقية العامة للتكاثر ، يجب أن يكون هناك أيضًا أخطاء نسخ عشوائية عرضية في العملية الإنجابية حتى تصبح للأنظمة سمات مختلفة. أخيرًا ، يجب أن تختلف الأنظمة في قدرتها على البقاء والتكاثر استنادًا إلى مزايا أو التزامات سماتها المميزة في بيئتها. عندما تتكرر هذه العملية مرارًا وتكرارًا على مر الأجيال ، ستصبح سمات الأنظمة أكثر تكيفًا مع بيئتها. يمكن أن تتطور السمات المعقدة جدًا في بعض الأحيان بطريقة خطوة بخطوة.
مزيج اسمه هذا حياة داروين تعريف ، بعد القرن التاسع عشر عالم الطبيعة تشارلز داروين ، الذي صاغ نظرية التطور. مثل تعريف هالدين ، فإن تعريف حياة داروين له أوجه قصور مهمة. لديها مشكلة بما في ذلك كل شيء قد نعتقد أنه على قيد الحياة. البغال ، على سبيل المثال ، لا يمكنها التكاثر ، وبالتالي ، من خلال هذا التعريف ، لا تُحسب على أنها حية.
على الرغم من أوجه القصور هذه ، فإن تعريف حياة داروين مهم للغاية ، سواء بالنسبة للعلماء الذين يدرسون أصل الحياة وعلماء الفلك. يمكن أن تشرح النسخة الحديثة من نظرية داروين كيف يمكن لأشكال الحياة المتنوعة والمعقدة أن تتطور من شكل بسيط أولي. هناك حاجة إلى نظرية أصل الحياة لتوضيح كيف اكتسب النموذج البسيط الأولي القدرة على التطور في المقام الأول.
قد تكون الأنظمة الكيميائية أو أشكال الحياة الموجودة على الكواكب أو الأقمار الأخرى في نظامنا الشمسي بسيطة للغاية بحيث تكون قريبة من الحد الفاصل بين الحياة وغير الحياة التي يحددها تعريف داروين. قد يتضح أن التعريف حيوي بالنسبة لعلماء الفلك الذين يحاولون تحديد ما إذا كان النظام الكيميائي الذي وجدوه مؤهلاً حقًا كشكل من أشكال الحياة. لا يزال علماء الأحياء لا يعرفون كيف نشأت الحياة. إذا استطاع علماء الفلك العثور على أنظمة بالقرب من حدود داروين ، فقد تكون نتائجهم ذات أهمية محورية في فهم أصل الحياة.
هل يمكن لعلماء الفلك استخدام تعريف داروين لإيجاد ودراسة الحياة خارج كوكب الأرض؟ من غير المحتمل أن تتمكن المركبة الفضائية الزائرة من اكتشاف عملية التطور نفسها. ولكن ، قد تكون قادرة على اكتشاف الهياكل الجزيئية التي تحتاجها الكائنات الحية من أجل المشاركة في عملية تطورية. اقترح الفيلسوف مارك بيدو أن الحد الأدنى من النظام القادر على التطور يحتاج إلى ثلاثة أشياء: 1) عملية التمثيل الغذائي الكيميائي ، 2) حاوية ، مثل غشاء الخلية ، لتحديد حدود النظام ، و 3) مادة كيميائية "برنامج" قادر على توجيه أنشطة التمثيل الغذائي.
هنا على الأرض ، يعتمد البرنامج الكيميائي على جزيء DNA الوراثي. يعتقد العديد من منظري أصل الحياة أن الجزيء الوراثي لأشكال الحياة الأرضية المبكرة ربما كان هو الجزيء الأبسط لحمض ريبونوكلييك (RNA). البرنامج الجيني مهم لعملية تطورية لأنه يجعل عملية النسخ التناسلي مستقرة ، مع أخطاء عرضية فقط.
كل من DNA و RNA بوليميرات حيوية. جزيئات طويلة تشبه السلسلة مع العديد من الوحدات الفرعية المتكررة. التسلسل المحدد للوحدات الفرعية لقاعدة النوكليوتيدات في هذه الجزيئات يشفر المعلومات الجينية التي تحملها. حتى يتمكن الجزيء من ترميز جميع التسلسلات الممكنة للمعلومات الجينية ، يجب أن يكون من الممكن أن تحدث الوحدات الفرعية بأي ترتيب.
يعتقد ستيفن بينر ، الباحث في علم الجينوم الحسابي ، أننا قد نكون قادرين على تطوير تجارب المركبات الفضائية للكشف عن البوليمرات الحيوية الجينية الغريبة. ويلاحظ أن الحمض النووي والحمض النووي الريبي بوليمرات حيوية غير عادية للغاية لأن تغيير التسلسل الذي تحدث فيه وحداتها الفرعية لا يغير خصائصها الكيميائية. هذه الخاصية غير العادية هي التي تسمح لهذه الجزيئات بأن تكون حاملات مستقرة لأي تسلسل رمز جيني محتمل.
الحمض النووي والرنا كلاهما بولي إلكتروليتات. جزيئات ذات مناطق متكررة من الشحنة الكهربائية السلبية. يعتقد بنر أن هذا هو السبب وراء استقرارهم الملحوظ. يعتقد أن أي بوليمر حيوي جيني غريب يجب أن يكون أيضًا بولي إلكتروليتي ، وأن الاختبارات الكيميائية يمكن ابتكارها من خلال مركبة فضائية قد تكتشف جزيئات بولي إلكتروليت. إن العثور على النظير الغريب للحمض النووي هو احتمال مثير للغاية ، وقطعة أخرى في لغز تحديد الحياة الغريبة.
في عام 1996 ، أصدر الرئيس كلينتون إعلانًا مثيرًا عن إمكانية اكتشاف الحياة على كوكب المريخ. كان الدافع وراء خطاب كلينتون هو النتائج التي توصل إليها فريق ديفيد ماكاي مع نيزك آلان هيلز. في الواقع ، تبين أن نتائج مكاي ليست سوى جزء واحد من اللغز الأكبر في حياة المريخ المحتملة. ما لم يكن أجنبي يمر في يوم من الأيام أمام كاميراتنا المنتظرة ، فمن غير المحتمل أن تتم تسوية مسألة ما إذا كانت الحياة خارج الأرض من خلال تجربة واحدة أو اختراق مفاجئ مفاجئ. ليس لدى الفلاسفة والعلماء تعريف واحد مؤكد للحياة. وبالتالي ، لا يمتلك علماء الفلك اختبارًا واحدًا مؤكدًا لإطلاق النار من شأنه تسوية المشكلة. إذا كانت هناك أشكال بسيطة من الحياة موجودة على كوكب المريخ ، أو في أي مكان آخر في النظام الشمسي ، فمن المحتمل الآن أن تظهر هذه الحقيقة تدريجيًا ، استنادًا إلى العديد من خطوط الأدلة المتقاربة. لن نعرف حقًا ما نبحث عنه حتى نعثر عليه.
المراجع ومزيد من القراءة:
أندرسون (2011) هل يمكن للفضول تحديد ما إذا كان الفايكنج وجد الحياة على كوكب المريخ ؟، مجلة الفضاء.
S. K. Atreya، P. R. Mahaffy، A-S. وونغ ، (2007) ، الميثان والأنواع النزرة ذات الصلة على كوكب المريخ: الأصل ، والخسارة ، والآثار على الحياة ، وقابلية العيش ، علوم الكواكب والفضاء, 55:358-369.
M. A. Bedau (2010) ، تقرير أرسطي عن الحد الأدنى من الحياة الكيميائية ، علم الأحياء الفلكية, 10(10): 1011-1020.
بينر (2010) ، تحديد الحياة ، علم الأحياء الفلكية, 10(10):1021-1030.
E. Machery (2012) ، لماذا توقفت عن القلق بشأن تعريف الحياة ... ولماذا يجب عليك أيضًا ، التجميعي, 185:145-164.
G.M. Marion ، C.H. Fritsen ، H.Eicken ، M. C. Payne ، (2003) البحث عن الحياة في أوروبا: تحديد العوامل البيئية ، الموائل المحتملة ، ونظائر الأرض. علم الأحياء الفلكية 3(4):785-811.
جيه ميكس (2015) ، الدفاع عن تعريفات الحياة ، علم الأحياء الفلكية، 15 (1) منشورة على الإنترنت قبل النشر.
P. E. Patton (2014) أقمار الارتباك: لماذا قد يكون العثور على الحياة خارج الأرض أصعب مما اعتقدنا ، مجلة الفضاء.
T. Reyes (2014) Curiosity Rover من وكالة ناسا تكتشف الميثان ، العضوية على المريخ ، مجلة الفضاء.
S. Seeger و M. Schrenk و W. Bains (2012) ، نظرة فلكية فيزيائية لغازات التوقيع البيولوجي على الأرض. علم الأحياء الفلكية, 12(1): 61-82.
S. Tirard ، M. Morange ، و A. Lazcano ، (2010) ، تعريف الحياة: تاريخ موجز لمسعى علمي بعيد المنال ، علم الأحياء الفلكية, 10(10):1003-1009.
سي وبستر ، والعديد من الأعضاء الآخرين في فريق علوم MSL ، (2014) الكشف عن الميثان في كوكب المريخ وتنوعه في فوهة غيل ، علموالعلوم تعبر عن محتوى مبكر.
هل وجد مالكو مركبات فايكنغ مارس اللبنات الأساسية للحياة؟ قطعة مفقودة تلهم نظرة جديدة على اللغز. مجلة Science Daily البحث المميز 5 سبتمبر 2010
وجدت وكالة ناسا روفر كيمياء عضوية نشطة وقديمة على كوكب المريخ ، مختبر الدفع النفاث ، معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ، أخبار ، 16 ديسمبر 2014.
