Кіріспе

Астробиология – ғарыштағы өмірге қатысты ғылым.

Астробиология – өмір және қоршаған орта ғылымдарының бір саласы, ол ғарыштағы өмірдің пайда болуын, ерте эволюциясын, таралуын және болашағын зерттеумен айналысады, оның үшін детерминистік жағдайларын және кездейсоқ оқиғаларын зерттейді. Астробиология Жерден тыс жерде өмір болуы мүмкін деген қағидатқа негізделген. Астробиологиядағы зерттеулердің үш негізгі бағыты бар: Күн жүйесінде және одан тыс жерлерде өмірге қолайлы ортаны зерттеу, ғарыштағы өткен немесе қазіргі өмірдің планеталық биосигнатураларын іздеу және Жердегі өмірдің пайда болуы мен ерте эволюциясын зерттеу. Астробиология 20 ғасырда ғарыш зерттеулерінің басталуымен және экзопланеталардың ашылуымен қалыптасты. Алғашқы астробиологиялық зерттеулер ғарыштағы өмірді іздеуге және басқа планеталарда өмірдің болу мүмкіндігін зерттеуге бағытталған. Бұл миссия, сондай-ақ басқа да ерте ғарыш зерттеулері астробиологияның дамуына негіз салды. Өмірге қолайлы ортаға қатысты астробиология, Марс, Еуропа және экзопланеталар сияқты Жерден тыс жерлерде өмірді қолдауға болатын ықтимал орындарды зерттейді, сонымен қатар Жердегі экстремалды ортада (мысалы, жанартаулық және терең теңіз орталары) тіршілік ететін экстремофильдерді зерттейді. Бұл тақырыптағы зерттеулер геоғылымның әдістемесін, әсіресе геобиологияны астробиологиялық қолданбалар үшін пайдаланады. Биосигнатураларды іздеу – органикалық қосылыстар, изотоптық қатынастар немесе микроорганизмдердің қалдықтары түріндегі өткен немесе қазіргі өмірдің белгілерін анықтауды қамтиды. Бұл тақырыптағы зерттеулер планеталық және экологиялық ғылымның әдістемесін, әсіресе атмосфералық ғылымды астробиологиялық қолданбалар үшін пайдаланады және көбінесе қашықтан зондтау және in situ миссиялар арқылы жүргізіледі. Астробиология сонымен қатар басқа планеталарда өмірдің пайда болуына қажетті жағдайларды түсіну үшін Жердегі өмірдің пайда болуын және ерте эволюциясын зерттейді. Бұл зерттеулер өмірдің жандарсыз материядан қалай пайда болғанын және бүгінгі күндегі әртүрлі организмдерге қалай айналғанын түсінуге көмектеседі. Бұл тақырыптағы зерттеулер палеоғылымның әдістемесін, әсіресе палеобиологияны астробиологиялық қолданбалар үшін пайдаланады. Астробиология – ғалымдар үшін көптеген қиындықтар мен мүмкіндіктер ұсынатын, жоғары интеграцияланған және қарқынды дамып келе жатқан сала. Әлемнің көптеген университеттері мен ғылыми-зерттеу институттарында астробиология бағдарламалары мен орталықтары бар, ал NASA және ESA сияқты ғарыш агенттіктері астробиология зерттеулері үшін арнайы бөлімдер мен бағдарламаларды құрған.

Шолу

Астробиология терминін алғаш рет 1953 жылы орыс астрономы Гавриил Тихов ұсынды. Этимологиялық тұрғыдан грекше ἄστρον, "жұлдыз"; βίος, "өмір"; және λογία, logia, "оқу" сөздерінен туындайды. Экзобиология – оған жақын синоним, грекше Έξω, "сыртқы"; βίος, "өмір"; және λογία, logia, "зерттеу" сөздерінен жасалған, оны американдық молекулалық биолог Джошуа Ледерберг ойлап тапқан; экзобиологияның ауқымы Жерден тыс өмірді іздеумен шектелген деп есептеледі. Тағы бір байланысты термин – ксенобиология, грекше ξένος, "шетелдік"; βίος, "өмір"; және λογία, "оқу" сөздерінен құралған, американдық ғылыми фантастика жазушысы Роберт Хайнлайн өзінің "Жұлдызды аң" атты туындысында қолданған; қазіргі кезде ксенобиология көбірек мамандықталған мағынада қолданылады, ол "шетелдік химияға негізделген биологияны" білдіреді, ол Жерден тыс немесе Жерде (әдетте синтетикалық) пайда болған болуы мүмкін. Жерден тыс өмірдің, әсіресе саналы өмірдің болу мүмкіндігі адамзат тарихы бойында философия мен әңгімелерде зерттелгенімен, бұл сұрақ – тексеруге болатын гипотеза, демек ғылыми зерттеудің дұрыс бағыты; планеталық ғалым Дэвид Гринспун оны белгілі ғылыми теорияға сүйене отырып, белгісіз нәрселерге болжам жасауды негіздейтін табиғи философия саласы деп атайды. Қазіргі астробиологияның дамуы 1950-1960 жылдарға дейін жетеді, осы кезде ғарыш зерттеулерінің басталуымен ғалымдар басқа планеталарда өмірдің болу мүмкіндігін қызығушылықпен қарастыра бастады. 1957 жылы Кеңес Одағы алғашқы жасанды спутнигі – Спутник-1-ді ұшырды, бұл ғарыш дәуірінің басталуын білдірді. Бұл оқиға ғалымдардың ғарыш зерттеулерінің жаңа технологиясы ашқан мүмкіндіктерді қарастыруына және басқа планеталарда өмірдің болу мүмкіндігін зерттеуге ықпал етті. 1959 жылы НАСА алғашқы экзобиология жобасын қаржыландырды, ал 1960 жылы НАСА Экзобиология бағдарламасын құрды, қазір ол НАСА-ның ағымдағы Астробиология бағдарламасының төрт негізгі құрауышының бірі. 1971 жылы НАСА Жерден тыс интеллектіні іздеудің бір бөлігі ретінде Циклоп жобасын қаржылады, ол Күн жүйесінен тыс жердегі өмір арқылы жіберілген жұлдызаралық байланыстарды іздеу үшін электромагниттік спектрдің радиожиіліктерін зерттеді. 1960-1970 жылдары НАСА "Викинг" бағдарламасын құрды, бұл АҚШ-тың Марсқа қондырылған және қазіргі өмірдің метаболикалық белгілерін іздеген алғашқы миссиясы болды; нәтижелер шешімді болған жоқ. 1980 және 1990 жылдары жаңа жаңалықтар мен технологиялар пайда болған сайын бұл сала кеңейе бастады. Жердегі терең теңіздегі гидротермальдық булақтар сияқты экстремалды ортада микробтық өмірдің табылуы қатал жағдайларда өмірдің болу мүмкіндігін анықтауға көмектесті. Биосигнатураларды анықтаудың жаңа әдістерін, мысалы тұрақты изотоптарды пайдалануды әзірлеу де осы саланың дамуында маңызды рөл атқарды. Қазіргі астробиологияның бейнесі 21-ші ғасырдың басында қалыптасты, ол Жер және қоршаған орта ғылымдарын салыстырмалы ғарыш ортасында қолдануға бағытталған. Миссияларға ЕКА-ның Марсқа қонғаннан кейін бірнеше минуттан соң сәтсіз аяқталған Бигл-2 аппараты, Марста микробтық өмірдің бұрынғы және қазіргі планеталық жағдайын зерттеп, судың тарихын зерттеген НАСА-ның Феникс қондырғысы және қазіргі уақытта Марста микробтық өмірдің бұрынғы және қазіргі планеталық жағдайын зерттеп жатқан НАСА-ның Curiosity марсоходы кірді.

Планеталық мекенделу

Астробиологиялық зерттеулер планетаның тіршілікке жарамдылығы үшін қажетті компоненттерді зерттегенде бірқатар жеңілдетілген болжамдар жасайды. Көміртек және органикалық қосылыстар: Көміртек – ғаламдағы төртінші ең көп таралған элемент, ал байланыс жасау немесе үзу үшін қажетті энергия деңгейі тұрақты ғана емес, сонымен қатар реакцияға қабілетті молекулалар құруға қолайлы. Көміртек атомдарының басқа көміртек атомдарымен оңай байланысуы өте ұзын және күрделі молекулалар құруға мүмкіндік береді. Сондықтан астробиологиялық зерттеулер Галактикадағы тіршілік формаларының басым көпшілігі, Жердегі барлық тіршілік формалары сияқты, көміртек химиясына негізделген деп есептейді. Дегенмен, теориялық астробиология тіршілік үшін басқа органикалық молекулалық негіздердің болу мүмкіндігін қарастырады, сондықтан астробиологиялық зерттеулер көбінесе органикалық қосылыстардың болуына байланысты тіршілікті қолдай алатын ортаны анықтауға бағытталған. Сұйық су: Сұйық су – күрделі көміртекті молекулалардың пайда болуына өте қолайлы ортаны қамтамасыз ететін кең таралған молекула. Осылайша, астробиологиялық зерттеулер ғарыштағы тіршіліктің сұйық суға қол жеткізуіне байланысты екенін және көбінесе сұйық суды қолдай алатын ортаны анықтауға назар аударады. Кейбір зерттеушілер су-аммиак қоспаларын гипотетикалық биохимия түрлері үшін ықтимал еріткіштер ретінде қарастырады. Ортаның тұрақтылығы: Организмдер тіршілік ететін ортаның жағдайларына бейімделіп дамығандықтан, ортаның тұрақтылығы тіршіліктің болуы үшін қажет деп саналады. Бұл тұрақты температураның, қысымның және радиация деңгейінің қажеттілігін білдіреді; нәтижесінде, астробиологиялық зерттеулер Қызыл Жұлдыздар сияқты Күнді айналып жүрген планеталарға назар аударады. Қызыл Жұлдыздардың ұзақ өмір сүру мерзімі қалың атмосферасы бар планеталарда тіршілікке жарамды ортаның қалыптасуына мүмкіндік береді. Бұл маңызды, өйткені Қызыл Жұлдыздар өте көп кездеседі. (Сондай-ақ қараңыз: Қызыл Жұлдыз жүйелерінің тіршілікке жарамдылығы). Энергия көзі: Кез келген тіршілікке энергия көзі қажет деп есептеледі. Бұрын бұл энергия көзі міндетті түрде Күн сияқты жұлдыздан болатыны болжанып келген, бірақ экстремофильдерді зерттеудегі жетістіктер қазіргі астробиологиялық зерттеулердің назарын энергия көзінің болуына байланысты тіршілікті қолдай алатын ортаны анықтауға аударды, мысалы, планетада немесе айдағы жанартаулық белсенділік жылу мен энергия көзін қамтамасыз ете алады. Бұл болжамдардың Жердегі тіршілік және оның болуы мүмкін жағдайлар туралы қазіргі түсінігімізге негізделгенін ескеру маңызды. Тіршілік туралы біліміміз және оның әртүрлі ортада өмір сүру мүмкіндігі дамыған сайын, бұл болжамдар өзгеруі мүмкін.

Зерттеу

Жерден тыс өмірді жүйелі түрде іздеу – заңды, көп салалы ғылыми зерттеу. Дегенмен, оның болуы және пайда болуы туралы гипотезалар мен болжамдар кең ауқымды, және қазіргі таңда ғылыми негізге берік тұрған гипотезаларды дамыту астробиологияның ең нақты практикалық қолданысы болып есептелуі мүмкін. Вирустар басқа тіршілік бар планеталарда кездесуі мүмкін, тіпті биологиялық жасушалар болмаған жағдайда да олардың болу ықтималдығы бар деген пікірлер айтылуда.

Зерттеу нәтижелері

2019 жылға дейін ғарыштық өмірдің қандай да бір дәлелі анықталған жоқ. 1984 жылы Антарктидада табылған және Марстан келген 84001 Алан Хиллз метеоритін зерттеу нәтижесінде Дэвид Маккей және тағы бірнеше ғалымдар оның құрамында ғарыштан келген микрофоссилдер бар деген пікірде. Алайда, бұл түсіндірме әлі де даулы. 2000 жылы Жерде Марстан келген екінші ірі метеорит – Ямато 000593 табылды. Микроскопиялық деңгейде зерттегенде, метеоритте айналасында мұндай сфералар жоқ, ал олардың өзіне қарағанда көміртегіге бай сфералар кездеседі. Кейбір NASA ғалымдарының пікірінше, бұл көміртегіге бай сфералар тірі қызметтің нәтижесінде пайда болған болуы мүмкін. 2011 жылдың 5 наурызында Маршалл ғарыш орталығының ғалымы Ричард Б. Гувер «Космология журналында» CI1 көміртекті метеориттерде цианобактерияларға ұқсас микрофоссилдер табылғанын мәлімдеді, бұл туралы көптеген БАҚ хабарлады. Бірақ NASA Гувердің бұл мәлімдемесінен ресми түрде бас тартты. Американдық астрофизик Нил де Грасс Тайсонның айтуынша: «Қазіргі таңда Жердегі өмір – ғаламдағы жалғыз белгілі өмір, бірақ біз жалғыз емеспіз дегенге күшті дәлелдер бар».

Биология

Биология математикалық тұрғыдан мүмкін процесс немесе құбылыстың, ғарышқа тән денеде міндетті түрде болуы керек екенін айта алмайды. Биологтар болжамды және болжамсыз нәрселерді ажыратады. 1970 жылға дейін тіршілік толығымен Күн энергиясына тәуелді деп есептелген. Жер бетіндегі өсімдіктер күн сәулесінен энергияны фотосинтез арқылы сіңіріп, көмірқышқыл газы мен судан қанттарды жасап, оттегін бөліп шығарады, ал осы оттектің арқасында организмдер тыныс алып, энергияны тамақ тізбегі бойымен жеткізеді. Тіпті күн сәулесі жетпейтін мұхиттың тереңдігіндегі тіршілік те, беткі сулардан төмен жауған органикалық қалдықтарды жеп немесе олармен қоректенетін жануарларды жеп күш алады деп саналды. Әлемдегі тіршіліктің болуы күн сәулесіне қол жеткізуге байланысты деп ойласты. Алайда 1977 жылы ғалымдар терең теңіздегі зерттеу кемесі "Алвин" арқылы Галапагос рифіне жасаған батыру барысында, қара түтіншілер деп аталатын теңіз астындағы жанартаулардың маңында жиналған алып түтік құрттарының, моллюскалардың, қабылдақтардың, мидиялардың және басқа да әртүрлі жануарлардың топтамаларын тапты. Бұл химиосинтез биология мен астробиологияны зерттеуде революция жасады, себебі тіршілікке күн сәулесі міндетті түрде қажет емес екенін көрсетті; тіршілік үшін тек су мен энергия градиенті ғана қажет. Биологтар мұзда, қайнап жатқан суда, қышқылда, сілтіде, ядролық реакторлардың су ядросында, тұз кристалдарында, уытты қалдықтарда және бұрын тіршілікке жарамсыз деп саналған басқа да экстремалды орталарда өсетін экстремофилдерді тапты. Бұл астробиологияда ғарышқа тән тіршілік орындарының санын кеңейтіп, жаңа мүмкіндіктер ашты. Бұл организмдерді, олардың ортасын және эволюциялық жолдарын зерттеу, ғаламның басқа бөліктерінде тіршілік қалай пайда болуы мүмкін екенін түсіну үшін маңызды компонент саналады. Мысалы, ғарыш кеңістігінің вакуумы мен сәулеленуіне төтеп бере алатын организмдерге лихенді саңырауқұлақтар Rhizocarpon geographicum және Rusavskia elegans, бактерия Bacillus safensis, Deinococcus radiodurans, Юпитердің серігі Европа және Сатурнның серігі Энцелад жатады. Сонымен қатар, бір ғалым бұл қосылыстар Жердегі тіршіліктің дамуымен байланысты болуы мүмкін деп болжады және: "Егер осылай болса, Жердегі тіршілік басталуы оңай болған шығар, себебі бұл органикалық заттар тіршілік үшін негізгі құрауыштар ретінде қызмет ете алады" деді. Полициклді ароматты көмірсутектер (ПАК) жұлдызаралық ортаның жағдайларына ұшырап, сутегілену, оттегілену және гидроксилдену арқылы күрделі органикалық заттарға айналады – "аминқышқылдары мен нуклеотидтерге дейінгі жол, тиісінше ақуыздар мен ДНК-ның құрауыштары". 2020 жылдың қазан айында астрономдар алыс планеталарда тіршілікті анықтау үшін, күннің белгілі бір уақытында ағаштардың көлеңкелерін зерттеу арқылы экзопланеталарды бақылаудан анықтауға болатын үлгілерді табу идеясын ұсынды.

Сирек кездесетін жерлер гипотезасы

Сирек кездесетін Жер гипотезасы Жерде кездесетін көпжасушалы тіршілік нысандары ғалымдар есептегеннен де сирек болуы мүмкін екенін жорамалдайды. Осы гипотезаға сәйкес, Жердегі өмір (соның ішінде көпжасушалы өмір) қанағаттанарлық жағдайлардың (галактика және оның ішіндегі орналасуы, планеталық жүйе, жұлдыз, орбита, планетаның мөлшері, атмосфера және т.б.) сәйкес келуінің нәтижесінде мүмкін болады; ал осы жағдайлардың басқа жерде қайталану ықтималдығы өте төмен болуы мүмкін. Бұл Ферми парадоксына ықтимал жауап береді, ол былай дейді: "Егер ғарыздан келген өркениеттер көп болса, неге олар көзге көрінбейді?". Бұл, әрине, белгілі астрономдар Фрэнк Дрейк, Карл Саган және басқалар ұстанған орташалық принципке қарсы келеді. Орташалық принцип Жердегі өмірдің ерекше емес екенін және оның көптеген басқа әлемдерде де кездесуі мүмкін екенін көрсетеді.

Жалпы сілтемелер

Кембридж университетінің баспасында жарық көрген «Астробиологияның халықаралық журналы» – осы салааралық ғылымның мамандары үшін платформа. Мэри Энн Либерт, Inc. баспасынан шыққан «Астробиология» журналы, өмірдің пайда болуын, эволюциясын, таралуын және ғаламдағы болашағын зерттейтін, рецензиядан өткен ғылыми басылым. Лоеб, Ави (2021). Жерден тыс: Жерден тыс интеллектуалды өмірдің алғашқы белгісі. Хоутон Миффлин Харкорт.