Μπορούσε η ζωή να έρθει από έναν άλλο κόσμο;

Οι περισσότεροι επιστήμονες εδώ και καιρό έχουν κάνει την υπόθεση ότι η ζωή πάνω στη Γη είναι ένα φαινόμενο που έχει γεννηθεί στην ίδια τη Γη. Σύμφωνα με τη συμβατική υπόθεση, τα πρώτα ζωντανά κύτταρα προέκυψαν ως αποτέλεσμα της χημικής εξέλιξης στον πλανήτη μας πριν δισεκατομμύρια χρόνια με μια διαδικασία που ονομάζεται αβιογέννηση. Η εναλλακτική δυνατότητα που υπάρχει — ότι τα ζωντανά κύτταρα ή οι πρόδρομοί τους έφθασαν από το διάστημα — θεωρείται από πολλούς ανθρώπους ως επιστημονική φαντασία. Εντούτοις, οι εξελίξεις κατά τη διάρκεια της προηγούμενης δεκαετίας, έδωσαν αξιοπιστία στην ιδέα ότι η γήινη βιόσφαιρα θα μπορούσε να έχει προκύψει από έναν εξωγήινο ‘σπόρο’.

Μετεωρίτες μετέφεραν τη ζωή πάνω στη Γη;

Οι πλανητικοί επιστήμονες έχουν μάθει ότι στις αρχές του ηλιακού μας συστήματος αυτό θα μπορούσε να περιέχει πολλούς κόσμους με υγρό νερό, το βασικό συστατικό της ζωής όπως την ξέρουμε. Τα πρόσφατα στοιχεία από τα δύο εξερευνητικά ρόβερ της NASA πάνω στον Άρη  (Spirit και Opportunity) επιβεβαιώνουν τις προηγούμενες υποψίες ότι το νερό τουλάχιστον περιοδικά έρεε στον κόκκινο πλανήτη κατά το παρελθόν.

Δεν είναι αδικαιολόγητο λοιπόν να υποτεθεί ότι υπήρξε ζωή στον Άρη πολύ καιρό πριν και ίσως να συνεχίζεται εκεί και τώρα. Η ζωή μπορεί να είχε εξελιχθεί, επίσης, και στο τέταρτο σε μέγεθος φεγγάρι του Δία, την Ευρώπη, που δείχνει να έχει υγρό νερό κάτω από την παγωμένη επιφάνειά του. Ο μεγαλύτερος δε δορυφόρος του Κρόνου, ο Τιτάνας, είναι πλούσιος σε οργανικές ενώσεις αλλά λαμβάνοντας υπόψη τις ψυχρές θερμοκρασίες του φεγγαριού, θα ήταν ιδιαίτερη έκπληξη να βρούμε μορφές ζωής εκεί, αλλά δεν μπορούν και να αποκλειστούν. Η ζωή μπορεί να υπήρχε κάποτε για μικρό χρονικό διάστημα και στην άνυδρη Αφροδίτη. Η επιφάνεια της Αφροδίτης είναι πιθανώς πάρα πολύ καυτή ενώ η ατμοσφαιρική πίεση είναι πάρα πολλή μεγάλη για να είναι κατοικήσιμη, αλλά ο πλανήτης θα μπορούσε πιθανά να υποστηρίξει τη μικροβιακή ζωή αλλά σε μεγάλο ύψος στην ατμόσφαιρά του. Και, το πλέον πιθανό, οι συνθήκες της επιφάνειας στην Αφροδίτη δεν ήταν πάντα τόσο σκληρές. Η Αφροδίτη μπορεί να ήταν κάποτε παρόμοια με την πρόωρη Γη.

Επιπλέον, οι εκτάσεις του διαπλανητικού διαστήματος δεν είναι το απαγορευμένο εμπόδιο όπως φαινόταν κάποτε. Κατά τη διάρκεια των προηγούμενων 20 χρόνων οι επιστήμονες έχουν βρει ότι περισσότεροι από 30 μετεωρίτες, που βρέθηκαν στη Γη, προήλθαν από τον Αρειανό φλοιό, μια ανακάλυψη που βασίζεται στη σύνθεση των αερίων που παγιδεύτηκαν μέσα σε μερικούς από τους βράχους.

Ανάλυση στο μικροσκόπιο μετεωριτών

Εν τω μεταξύ οι βιολόγοι έχουν ανακαλύψει οργανισμούς αρκετά ανθεκτικούς που μπορούν να επιζήσουν τουλάχιστον για ένα σύντομο ταξίδι μέσα σε τέτοιους μετεωρίτες. Αν και κανένας δεν έχει προτείνει ότι αυτοί οι ιδιαίτερα σκληροί οργανισμοί έκαναν πραγματικά το ταξίδι αυτό, χρησιμεύουν ως μια απόδειξη της αρχής. Δεν είναι αδικαιολόγητο λοιπόν ότι η ζωή θα μπορούσε να έχει προκύψει στον Άρη και να έχει έρθει έπειτα στη Γη, ή το αντίστροφο. Οι ερευνητές τώρα με προσήλωση μελετούν τη μεταφορά των βιολογικών υλικών μεταξύ των πλανητών για να καταλάβουν καλύτερα για το εάν αυτό συνέβη ποτέ. Αυτή η προσπάθεια μπορεί να ρίξει φως σε μερικές από τις πιο δύσκολες ερωτήσεις της σύγχρονης επιστήμης: Πού και πώς δημιουργήθηκε η ζωή; Είναι πιθανές οι ριζικά διαφορετικές μορφές της ζωής; Και πόσο συνηθισμένη είναι η ζωή στον κόσμο;

Από τη φιλοσοφία στο εργαστήριο

Στους αρχαίους φιλοσόφους, η δημιουργία της ζωής από την ύλη φάνηκε τόσο μαγική, που ανήκε στη σφαίρα των Θεών, και γι αυτό μερικοί προτίμησαν την ιδέα ότι έτοιμες μορφές ζωής είχαν έρθει στη Γη από αλλού. Ο Αναξαγόρας, ένας έλληνας φιλόσοφος που έζησε πριν 2.500 χρόνια, πρότεινε μια υπόθεση που ονομάστηκε «πανσπερμία», η οποία προϋπέθετε ότι όλη η ζωή, και στην πράξη όλα τα πράγματα, προήλθαν από το συνδυασμό μικροσκοπικών σπόρων που εισχώρησαν στον κόσμο. Στην σύγχρονη  εποχή, διάφοροι κορυφαίοι επιστήμονες — συμπεριλαμβανομένων του βρετανού φυσικού Λόρδου Kelvin, του σουηδού χημικού Svante Arrhenius και του Francis Crick — που είναι ένας από αυτούς που ανακάλυψαν τη δομή του DNA — έχουν υποστηρίξει διάφορες μορφές της πανσπερμίας. Βέβαια, η ιδέα αυτή έχει λίγους αξιόπιστους υπερασπιστές, αλλά δεν πρέπει να παραβλεφθεί το γεγονός ότι η πανσπερμία είναι μια σοβαρή υπόθεση, ένα πιθανό φαινόμενο που δεν πρέπει να αγνοήσουμε κατά την εξέταση της διανομής και της εξέλιξης της ζωής στον Κόσμο και για το πως ξεκίνησε η ζωή πάνω στη γη.

Στη σύγχρονη μορφή της, η υπόθεση της πανσπερμίας εξετάζει με ποιο τρόπο μπορεί βιολογικό υλικό να έχει φθάσει στον πλανήτη μας, αλλά όχι το πως προήλθε η ζωή για πρώτη φορά. Οπουδήποτε και να ξεκίνησε, η ζωή έπρεπε να προκύψει από την ύλη. Η αβιογέννηση  κινήθηκε από τη σφαίρα της φιλοσοφίας προς αυτήν του πειραματισμού στη δεκαετία του ’50, όταν οι χημικοί Stanley L. Miller και Harold C. Urey – του πανεπιστημίου του Σικάγου – έδειξαν ότι τα αμινοξέα και άλλα μόρια σημαντικά για τη ζωή θα μπορούσαν να παραχθούν από απλές ενώσεις, που θεωρήθηκαν ότι υπήρχαν στην αρχική φάση της γης. Τώρα όμως θεωρείται ότι τα μόρια του ριβονουκλεϊκού οξέος (RNA) θα μπορούσαν να έχουν συγκεντρώσει, επίσης, από μικρότερες ενώσεις και να έχουν διαδραματίσει έναν ζωτικής σημασίας ρόλο για την ανάπτυξη της ζωής.

Στα σημερινά κύτταρα, τα εξειδικευμένα μόρια RNA βοηθούν να φτιαχτούν οι πρωτεΐνες. Κάποια RNA δρουν ως αγγελιοφόροι μεταξύ των γονιδίων, τα οποία αποτελούνται από το δεσοξυριβονουκλεϊνικό οξύ (DNA), και των ριβοσωμάτων – τα πρωτεϊνικά εργοστάσια ενέργειας του κυττάρου. Άλλα RNA μεταφέρουν τα αμινοξέα — οι δομικές μονάδες των πρωτεϊνών — στα ριβοσώματα, τα οποία περιέχουν ακόμα έναν τύπο RNA. Τα RNA σε συντονισμό με τα πρωτεϊνικά ένζυμα βοηθούν να συνδεθούν τα αμινοξέα, αλλά οι ερευνητές έχουν διαπιστώσει ότι το RNA στο ριβόσωμα μπορεί να εκτελέσει  μόνο του το κρίσιμο στάδιο της πρωτεϊνικής σύνθεσης. Στα αρχικά στάδια της εξέλιξης της ζωής, όλα τα ένζυμα μπορεί να ήταν το RNA, κι όχι οι πρωτεΐνες. Επειδή τα ένζυμα του RNA μπόρεσαν να έχουν κατασκευάσει τις πρώτες πρωτεΐνες, χωρίς την ανάγκη να προϋπάρχουν τα πρωτεϊνικά ένζυμα ώστε να ξεκινήσει η διαδικασία της κατασκευής των, η αβιογέννηση δεν είναι το πρόβλημα της κότας και του αυγού, που νόμιζαν κάποτε ότι ήταν πιθανό. Ένα προβιοτικό σύστημα RNA με τις πρωτεΐνες θα μπορούσε να έχει αναπτύξει βαθμιαία τη δυνατότητα να διπλωθούν τα μοριακά μέρη του, ανεπεξέργαστα αρχικά αλλά έπειτα πιο αποτελεσματικά.

Αυτή η νέα άποψη για την προέλευση της ζωής έχει μετασχηματίσει την επιστημονική συζήτηση πάνω στο θέμα της πανσπερμίας. Δεν είναι πλέον το ζήτημα αν τα πρώτα μικρόβια προέκυψαν στη Γη ή έφθασαν από το διάστημα. Στη χαοτική πρόωρη ιστορία του ηλιακού συστήματος, ο πλανήτης μας υπόκειτο στον έντονο βομβαρδισμό από τους μετεωρίτες, που περιέχουν απλές οργανικές ενώσεις. Η νέα Γη θα μπορούσε να έχει παραλάβει, επίσης, πιο σύνθετα μόρια με ενζυματικές λειτουργίες, μόρια που ήταν προβιοτικά, αλλά μέρος ενός συστήματος που ήταν ήδη για τα καλά στο δρόμο προς τη βιολογία. Αν λοιπόν, προσγειώθηκαν σε έναν κατάλληλο βιότοπο στον πλανήτη μας  αυτά τα μόρια θα μπορούσαν να έχουν συνεχίσει την εξέλιξή τους προς τα ζωντανά κύτταρα. Με άλλα λόγια,  είναι δυνατό ένα ενδιάμεσο σενάριο: η ζωή θα μπορούσε να έχει τις ρίζες και στη γη και στο διάστημα. Αλλά ποιά και πού εμφανίστηκαν τα βήματα για την ανάπτυξη της ζωής; Και μόλις ξεκίνησε η ζωή, πόσο μακριά διαδόθηκε;

Επιστήμονες που μελετούν την πανσπερμία συνήθιζαν να επικεντρώνονται μόνο στην αξιολόγηση της βασικής ιδέας αν είναι δηλαδή εύλογη η άποψη αυτή, αλλά πρόσφατα έχουν επιδιώξει να υπολογίσουν την πιθανότητα να έκαναν τα βιολογικά υλικά το ταξίδι προς τη γη από άλλα πλανήτες ή φεγγάρια. Για να αρχίσουν το διαπλανητικό ταξίδι τους, τα υλικά αυτά θα έπρεπε να εκτιναχθούν από τον πλανήτη της προέλευσής τους (για παράδειγμα τον Άρη) στο διάστημα, όταν θα συγκρουόταν ένας κομήτης ή αστεροειδής με τον πλανήτη αυτόν. Εν συνεχεία, οι βράχοι που εκτινάχθηκαν ή τα σωματίδια της σκόνης διακινούμενοι μέσω του διαστήματος θα πρέπει να συλληφθούν από τη βαρύτητα ενός άλλου πλανήτη ή ενός φεγγαριού, κι ύστερα να επιβραδυνθούν αρκετά για να πέσουν στην επιφάνεια του άλλου πλανήτη, περνώντας μέσω της ατμόσφαιρας εάν υπήρχε βέβαια. Τέτοιες μεταφορές συμβαίνουν συχνά σε όλο το ηλιακό σύστημα, αν και είναι ευκολότερο για το εκτιναγμένο υλικό να ταξιδέψει από σώματα πιο απόμακρα από τον ήλιο σε πιο κοντινά σε αυτόν, ενώ είναι  ευκολότερο για τα υλικά αυτά να καταλήξουν σε ένα πιο μεγάλο σώμα. Πράγματι, οι δυναμικές προσομοιώσεις, του αστροφυσικού Brett Gladman από το πανεπιστήμιο  της Βρετανικής Κολούμπια, προτείνουν ότι η μάζα που μεταφέρεται από τη Γη στον Άρη είναι μόνο λίγα τοις εκατό από αυτό που μπορεί να προσφερθεί από τον Άρη στη Γη. Για αυτόν τον λόγο, το πιο σύνηθες σενάριο για την πανσπερμία που συζητείται περιλαμβάνει τη μεταφορά των μικροβίων ή των προδρόμων τους από τον Άρη στη Γη.

Οι προσομοιώσεις αστεροειδών ή κομητών που κτυπούν τον Άρη δείχνουν ότι τα υλικά μπορούν να προωθηθούν με μια μεγάλη ποικιλία από τροχιές. Ο Gladman και οι συνάδελφοί του έχουν υπολογίσει ότι κάθε λίγα εκατομμύριο χρόνια ο Άρης υπόκειται σε μια σύγκρουση αρκετά ισχυρή για να εκτιναχθούν βράχοι, που θα μπορούσαν τελικά να φθάσουν στη Γη. Το διαπλανητικό ταξίδι είναι συνήθως μακροχρόνιο: το μεγαλύτερος μέρος του – σχεδόν – ενός τόνου Αρειανού υλικού που πέφτει στη Γη κάθε χρόνο έχει περάσει αρκετά εκατομμύρια χρόνια στο διάστημα. Αλλά ένα μικροσκοπικό ποσοστό των Αρειανών βράχων που φθάνουν στη γήινη επιφάνεια — περίπου το ένα σε κάθε 10 εκατομμύρια — θα έχει περάσει λιγότερο από ένα έτος στο διάστημα. Μέσα σε τρία χρόνια από το γεγονός της πτώσης, περίπου 10 βράχοι σε μέγεθος μιας γροθιάς που ζυγίζουν περισσότερο από 100 γραμμάρια ολοκληρώνουν το ταξίδι από τον Άρη στη Γη. Τα μικρότερα συντρίμμια, όπως οι βράχοι σε μέγεθος ενός χαλικιού και τα σωματίδια της σκόνης, είναι ακόμα πιθανότερο να κάνουν ένα γρήγορο ταξίδι μεταξύ των πλανητών. Οι μεγαλύτεροι βράχοι τόσο λιγότερο συχνά κάνουν ένα σύντομο ταξίδι.

Θα μπορούσαν άραγε οι βιολογικές οντότητες να επιζήσουν σε αυτό το ταξίδι; Κατ’ αρχάς, ας εξετάσουμε εάν οι μικροοργανισμοί θα μπορούσαν να ζήσουν από την διαδικασία της εκτίναξης από το γονικό σώμα του μετεωρίτη. Πρόσφατα εργαστηριακά πειράματα συγκρούσεων έχουν διαπιστώσει ότι ορισμένα γένη βακτηριδίων μπορούν να επιζήσουν των επιταχύνσεων και των τρανταγμάτων (ρυθμός μεταβολής της επιτάχυνσης) που θα αντιμετώπιζαν κατά τη διάρκεια μιας τυπικής υψηλής εκτίναξης από τον Άρη. Είναι κρίσιμο, εντούτοις, ότι η σύγκρουση και η εκτίναξη δεν θερμαίνουν  αρκετά τους μετεωρίτες ώστε να καταστραφούν τα βιολογικά υλικά μέσα τους.

Οι πλανητικοί γεωλόγοι στο παρελθόν θεώρησαν ότι οποιοδήποτε εκτινασσόμενο υλικό από την σύγκρουση με ταχύτητες που υπερβαίνουν την Αρειανή ταχύτητα διαφυγής σχεδόν σίγουρα θα ατμοποιούνταν ή τουλάχιστον θα έλείωναν τελείως. Αυτή όμως η ιδέα αργότερα απορρίφθηκε μετά από την ανακάλυψη, κατά ένα μεγάλο μέρος, άθικτων μετεωριτών από το φεγγάρι και τον Άρη. Αυτά τα συμπεράσματα οδήγησαν τον H. Jay Melosh του πανεπιστημίου της Αριζόνα να υπολογίσει ότι ένα μικρό ποσοστό των εκτιναγμένων βράχων θα μπορούσε πράγματι να είναι από τον Άρη εξ αιτίας μιας σύγκρουσης μαζί του, χωρίς οποιαδήποτε θέρμανση του υλικού. Εν ολίγοις, ο Melosh πρότεινε ότι όταν το κύμα της πίεσης που ανεβαίνει προς τα πάνω ως αποτέλεσμα μιας σύγκρουσης φθάνει στην πλανητική επιφάνεια, υποβάλλεται σε μια αλλαγή φάσης 180 μοιρών, που ακυρώνει την πίεση μέσα σε ένα λεπτό στρώμα του βράχου ακριβώς κάτω από την επιφάνεια. Επειδή αυτή η «διαχωριστική ζώνη» δοκιμάζει πολύ λίγη συμπίεση, ενώ τα κατώτερα στρώματα δοκιμάζουν μια τεράστια πίεση, οι βράχοι κοντά στην επιφάνεια μπορούν να εκτιναχθούν σχετικά χωρίς παραμόρφωση με υψηλές ταχύτητες.

Έπειτα, πρέπει να εξετάσουμε την ικανότητα επιβίωσης κατά τη διάρκεια της εισόδου μέσα σε τη γήινη ατμόσφαιρα. Ο Edward Anders, που στο παρελθόν ήταν στο Ινστιτούτο Enrico Fermi στο πανεπιστήμιο του Σικάγου, έχει δείξει ότι τα διαπλανητικά σωματίδια της σκόνης επιβραδύνονται αργά στη γήινη ανώτερη ατμόσφαιρα, αποφεύγοντας κατά συνέπεια τη θέρμανση. Οι μετεωρίτες, αντίθετα, δοκιμάζουν μια σημαντική τριβή, και γι αυτό οι επιφάνειές τους λειώνουν κατά τη διάρκεια της διάδοσης τους στην ατμόσφαιρα. Ο παλμός της θερμότητας, εντούτοις, έχει χρόνο να ταξιδέψει μερικά χιλιοστά το πολύ-πολύ στο εσωτερικό του μετεωρίτη, κι έτσι οι οργανισμοί που βρίσκονται θαμμένοι βαθιά στο βράχο θα επιζούσαν βεβαίως μετά το ταξίδι από τον Άρη στη Γη.

Τα περασμένα πέντε χρόνια σε μια σειρά δημοσιευμένων εργασιών από τον Weiss και άλλων ειδικών αναλύθηκαν δύο τύποι Αρειανών μετεωριτών: ο νακλίτης (nakhlites), ένα σύνολο βράχων που ανατινάχθηκαν από τον Άρη όταν ένας ααστεροειδής ή κομήτης έπεσε πάνω του πριν 11 εκατομμύρια χρόνια, και ο ALH84001, που άφησε τον κόκκινο πλανήτη πριν 4 εκατομμύρια χρόνια. Ο ALH84001 έγινε διάσημος το 1996 όταν μια ομάδα επιστημόνων – που καθοδηγήθηκαν από το David McKay του Διαστημικού Κέντρου Johnson της NASA – υποστήριξε ότι στον βράχο παρουσιάστηκαν ίχνη απολιθωμένων μικροοργανισμών συγγενών με τα γήινα βακτηρίδια. Μια δεκαπενταετία αργότερα οι ερευνητές ακόμα συζητούν εάν ο μετεωρίτης περιέχει στοιχεία Αρειανής ζωής. Με τη μελέτη των μαγνητικών ιδιοτήτων των μετεωριτών και της σύνθεσης των αερίων που παγιδεύτηκαν μέσα τους, ο Weiss και οι συνεργάτες του διαπίστωσαν ότι ο ALH84001 και τουλάχιστον δύο από τους επτά νακλίτες που ανακαλύφθηκαν μέχρι τώρα δεν έχουν θερμανθεί περισσότερο από μερικές εκατοντάδες βαθμούς Κελσίου από τότε που ήταν μέρος της Αρειανής επιφάνειας. Επιπλέον, το γεγονός ότι οι νακλίτες είναι σχεδόν παλιοί βράχοι, άθικτοι από τα υψηλής πίεσης κύματα κλονισμού, υπονοεί ότι η πτώση στον Άρη δεν τους θέρμανε πάνω από 100 βαθμούς Κελσίου.

Εν τούτοις, θα μπορούσαν να επιζήσουν πολλοί, αλλά όχι όλοι, επίγειοι προκαρυωτικοί (απλοί μονοκύτταροι οργανισμοί όπως είναι τα βακτηρίδια που στερούνται πυρήνα) και ευκαριωτικοί (οργανισμοί με καθορισμένους πυρήνες), σε αυτή την περιοχή των θερμοκρασιών. Αυτό το αποτέλεσμα ήταν η πρώτη άμεση πειραματική απόδειξη ότι κάποιο ζωντανό υλικό θα μπορούσε να ταξιδέψει από πλανήτη σε πλανήτη χωρίς να αποστειρωθεί θερμικά σε οποιοδήποτε σημείο, από την εκτίναξη έως την προσγείωση.

physics4u.gr