ASTROBIOLOGIJA

Priredila: Ilijana Jakšić Pavlović

Najnoviji pristup mogao bi da doprinese potrazi za
mogućim oblicima života u kosmosu

Druga geneza

Najtoplije tačke na putu potrage za vanzemaljskim oblicima života su prirodni sateliti u spoljašnjem solarnom sistemu, a svaki od njih ima tečne okeane ispod svoje ledene površine. Tu je Saturnov prirodni satelit Titan, koji skriva debeli sloj slane vode ispod zaleđene površine išarane jezerima tečnog ugljovodonika. Titanov brat Enkelad je takođe otkrio svoje podzemno more mlazevima poput gejzira koje izbacuje iz pukotina u blizini južnog pola. Mlazevi su, takođe, primećeni kod Jupiterovog satelita Evropa, koji se može pohvaliti dubokom vodom površine veće od svih okeana na Zemlji zajedno. Svaki od ovih vanzemaljskih vodenih lokaliteta može biti mesto „druge geneze“, odnosno pojave života kakav je nastao na našoj planeti pre više milijardi godina.

Trenutno su u toku višestruke međuplanetarne misije čija je svrha da astrobiolozi otkriju još nešto osim vode na ovim satelitima, odnosno šanse za naseljivost ili nijanse u geohemijskim uslovima potrebnim za nastanak i napredak živih bića. NASA-ina svemirska letelica puna instrumenata „Evropa kliper“ bi, na primer, mogla da započne svoje orbitalno istraživanje misterioznog Jupiterovog satelita do 2030. Još jedna misija, leteći dron na nuklearni pogon pod nazivom „Vilin konjic“ (Dragonfly) trebalo bi da sleti na Titan već 2036. godine. Koliko god da ove misije zvuče impresivno, one su samo uvod u buduće napore koji će još direktnije „jurnuti“ na mogući život van naše planete. Međutim, kako će astrobiolozi znati da prepoznaju život ako ga uoče na ovim čudnim svetovima bez sunca, koji toliko liče na naš sopstveni svet? 
Dosta često, „biopotpisi“ za kojima naučnici tragaju prilikom svojih misija su suptilni hemijski tragovi prošlog života ili trenutnog prisustva na planeti a ne nešto očigledno poput fosilizovanog oblika koji štrči iz stene ili pak malog zelenog čovekolikog bića koje maše u znak pozdrava. Instrumenti na NASA-inom marsovskom roveru „perseverans“, na primer, mogu da detektuju organska jedinjenja i soli u okolini mesta sletanja, jezera Krater, suvog dna jezera koje možda krije tragove o nekakvom obliku života. Ujesen 2020, neki astronomi su, prilikom teleskopskog proučavanja Venere, možda utvrdili prisustvo gasa fosfina, mogućeg nusproizvoda navodnih mikroba koji plutaju po umerenim regionima atmosfere te planete.
Nevolja je u tome što mnoge jednostavne „biopotpise“ mogu proizvesti i organizmi i abiotski geohemijski procesi. Većina potiče od mikroba, ali fosfini s Venere, ukoliko se dokaže da uopšte postoje, potencijalno se mogu povezati sa eruptivnim vulkanima a ne sa vanzemaljskim ekosistemom. Tako dvosmisleni pokazatelji mogu da dovedu do lažnih zaključaka kao i do toga da naučnici misle da vide oblike života tamo gde njih, u stvari - nema. U isto vreme, ako organizmi imaju radikalno drugačiji biohemijski i fiziološki oblik od stvorenja na našoj planeti, naučnici bi mogli da se sretnu s lažno negativnim rezultatima, slučajevima u kojima ne prepoznaju život uprkos očiglednim dokazima o njegovom prisustvu.  Posebno u slučaju kada se razmatraju mogućnosti da ima živih bića u udaljenim delovima kosmosa, kao što su okeanski prirodni sateliti spoljašnjeg solarnog sistema, naučnici moraju pažljivo da traže ravnotežu između ova dva međusobno povezana rizika. Ovu situaciju najbolje objašnjava idiom zasnovan na grčkoj mitologiji: biti između Scile i Haribde iliti izabrati manje od dva zla.
Međutim, sada je istraživanje objavljeno u časopisu Bulletin of Mathematical Biology ponudilo novi pristup. Pomeranjem fokusa sa specifičnih hemijskih tragova, kao što je fosfin, na šire pitanje kako biološki procesi reorganizuju materijale po celim ekosistemima, autori istraživanja kažu da bi astrobiolozi mogli da objasne nove vrste manje dvosmislenih biopotpisa. Ti tragovi omogućavaju otkrivanje života u bezbroj mogućih oblika, čak iako taj život ima biohemiju kakva nama nije poznata u odnosu na zemaljsku.

Recept za nepoznato

Istraživanje se zasniva na stehiometriji, koja meri elementalni racio koji se pojavljuje u hemijskom sastavu ćelija i ekosistema. Istraživači su počeli zapažanjem da, unutar grupa ćelija, hemijski racio varira po upečatljivo pravilnoj šemi. Klasični primer ovakve pravilnosti je Redfild racio - 16:1 je prosečni odnos azota i fosfora, koji se zapaža s upečatljivom konzistencijom kod cvetova fitoplanktona širom Zemljinih okeana. Druge vrste ćelija, kao što su određeni tipovi bakterija, takođe ispoljavaju sopstveni karakteristično dosledni racio. Ako je pravilnost hemijskih racija unutar ćelija univerzalno svojstvo bioloških sistema, ovde ili bilo gde u svemiru, tada bi pažljiva stehiometrija mogla biti ključ krajnjeg cilja: okrića života van planete Zemlje.
Još važnije je, međutim, da se ove osnovne proporcije menjaju u skladu sa veličinom ćelija, dozvoljavajući dodatnu proveru bilo kog neobično konzistentnog ali mogućeg abiotskog hemijskog racija na nekoj drugoj planeti. Kod bakterija, na primer, kako se ćelija povećava, koncentracija proteinskih molekula se smanjuje, dok se koncentracija nukleinskih kiselina povećava.  Kao kontrast grupama neživih čestica, biološke čestice prikazaće „racije koji se sistematski menjaju uporedo s veličinom ćelija“, objašnjava istraživač sa Instituta Santa Fe, Kris Kempes, predvodnik novog istraživanja, koje se nadovezuje na prethodni rad koautora Sajmona Levina s istog Instituta. Trik je u tome da se dođe do precizne opšte teorije kako različita veličina ćelija utiče na elementarno obilje, a upravo to su Kempes, Levin i njegove kolege uradili.
Oni su se fokusirali na činjenicu da se, barem kada je u pitanju život na Zemlji, uporedo s povećanjem tečnosti unutar ćelija, smanjuje njihova količina po matematičkom obrascu, po stopi koja se može izraziti negativnim eksponentom. To navodi na zaključak da astrobiolozi mogu da predvide elementalnu količinu unutar ovih materijala ako im je poznata raspodela veličine ćelija (ili čestica poput ćelija) u fluidu.U suštini, to bi mogao biti potencijalni recept za određivanje da li grupa nepoznatih čestica, recimo u uzorku morske vode sa Evrope, sadrži bilo šta živo. Ako bismo posmatrali sistem gde imamo čestice sa sistematskim odnosom između elementalnog racija i veličine, a tečnost koja se okolo nalazi ne sadrži takav racio, tada bismo imali jasan znak da bi ekosistem mogao da podržava život, objašnjava Kempes.

Pristup biopotpisima

Naglasak istraživanja na takve „ekološke biopotpise“ je najnoviji korak u decenijama dugačkoj potrazi koja se lagano krčka. Naime, radi se o pokušaju da se poveže život ne samo sa fundamentalnim ograničenjima fizike i hemije već i sa specifičnom životnom sredinom u kojoj se pojavljuje. Na kraju krajeva, bilo bi pomalo naivno pretpostaviti da biorganizmi na suncem okupanoj površini tople i stenovite planete mogli imati sasvim isti hemijski biopotpis kao i oni koji obitavaju u bestežinskim dubinama okeanskog prirodnog satelita.
Džim Grin, naučnik NASA-e, koji nije učestvovao u novom istraživanju, kaže da postoji konstantna evolucija u idejama i pristupima, što je od velike važnosti za napredak. On smatra da ulazimo u eru u kojoj možemo primeniti svoja saznanja o tome kako je život evoluirao u smislu opšteg principa.
Dakle, šta je potrebno da se na ovaj više holistički način pristupi biopotpisima?  Trenutno, objašnjava Grin, potrebno je više od orbitera svemirske agencije „Evropa kliper“ , možda bi bila dovoljna prateća misija do površine Evrope, Titana ili Enkelada. Preko „klipera“, objašnjava Grin, naučnici žele da naprave detaljnija merenja i prouče evoluciju Evrope tokom vremena kao i da naprave slike u visokoj rezoluciji. To bi predstavljalo korak napred, a to bi značilo sletanje na Zemlju a upravu tu nastupa sledeća generacija ideja i instrumenata.

Merenja na vanzemaljskom okeanu

Potraga za ekološkim biopotpisima kakve su opisali Kempes i njegove kolege zahtevala bi instrumente koji mere veličinu, distribuciju i hemijski sastav ćelija u njihovom fluidu. Na Zemlji, tehnika koju naučnici koriste za sortiranje ćelija po veličini naziva se protočna citometrija, i često se koristi u morskoj sredini. Međutim, izvođenje citometrije na vanzemaljskom okeanu prirodnog satelita, koji je ujedno ispod njegove površine, bio bi daleko veći izazov od pukog slanja instrumenata. Zbog manjka dostupne energije u tim ambisima koji vape za sunčevom svetlošću, naučnici očekuju da oblici tamošnjeg života budu jednoćelijski, ekstremno mali i veoma retki. Da bi se takvi organizmi „uhvatili“, za početak je potrebno pažljivo filtriranje a potom i pročišćeni protočni citometar koji bi merio čestice te veličine.
Sara Maurer, biohemičar i astrobiolog sa Univerziteta centralnog Konektikata, objasnila je da trenutno ne raspolažemo protočnim citometrima koji bi dobro obavili takav zadatak. Mnogo vrsta ćelija jednostavno ne bi bilo uočeno. Takođe, postoje vrste ćelija koje zahtevaju detaljnu pripremu - u suprotnom, ne bi prošle kroz citometar. Da bi uređaj radio u svemiru, instrumentima za filtriranje i sortiranje ćelija bi trebalo pročišćavanje na Zemlji, kao i maksimalno smanjivanje za let u svemir.
Na oba fronta došlo je do napretka, kako tvrdi Heder Grejem iz Laboratorije za agnostičke biopotpise (čiji je finansijer NASA) kao i Centra za kosmička poletanja Godarda. Ona otkriva da će sledeći koraci biti razmeštanje novih „alatki“ po jedva naseljivim terenskim nalazištima širom planete, koji su domaćini najekstremnijih i najsiromašnijih ekosistema na Zemlji. Jednom kada astrobiolozi počnu rutinski da razlikuju distinktivne hemijske racije povezane sa živim ekosistemima mirnih voda naše sopstvene planete, oni će moći da podešavaju specifikacije za uređaje koje će slati u svemir. Možda će, onda, biti otkrivena druga geneza, zapisana u matematici podzemne hemije okeana.

Priredila: Ilijana Jakšić Pavlović

Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"