ASTROBIOLOGI: SEJARAH, OBJEK KAJIAN DAN KEPENTINGAN - BIOLOGI - 2024

The astrobiologi atau exobiology adalah satu cabang biologi yang memperkatakan asal, pengedaran dan dinamik kehidupan dalam konteks untuk kedua-dua planet kita, kerana seluruh alam semesta. Kita boleh mengatakan bahawa, sebagai astrobiologi sains untuk alam semesta, biologi apa yang dimaksudkan dengan planet Bumi.

Oleh kerana spektrum tindakan astrobiologi yang luas, sains lain berkumpul di dalamnya seperti: fizik, kimia, astronomi, biologi molekul, biofizik, biokimia, kosmologi, geologi, matematik, pengkomputeran, sosiologi, antropologi, arkeologi, dan lain-lain.

Gambar 1. Tafsiran artistik hubungan antara kehidupan dan penerokaan ruang angkasa. Sumber: NASA / Cheryse Triano

Astrobiologi menganggap kehidupan sebagai fenomena yang mungkin "universal". Ia membincangkan kemungkinan konteks atau senario mereka; keperluannya dan syarat minimumnya; proses yang terlibat; prosesnya yang meluas; antara topik lain. Ia tidak terbatas pada kehidupan yang cerdas, tetapi meneroka setiap jenis kehidupan yang mungkin.

Sejarah astrobiologi

Sejarah astrobiologi mungkin bermula dari permulaan kemanusiaan sebagai spesies dan kemampuannya untuk mempersoalkan dirinya sendiri tentang kosmos dan kehidupan di planet kita. Dari situ timbul penglihatan dan penjelasan pertama yang masih ada dalam mitos banyak orang hari ini.

Visi Aristotelian

Penglihatan Aristotelian menganggap Matahari, Bulan, planet dan bintang yang lain, sebagai sfera sempurna yang mengorbit kita, menjadikan bulatan sepusat di sekeliling kita.

Visi ini membentuk model geosentrik alam semesta dan konsepsi yang menandakan kemanusiaan pada Zaman Pertengahan. Mungkin tidak masuk akal pada waktu itu, persoalan tentang keberadaan "penduduk" di luar planet kita.

Pandangan Copernican

Pada Abad Pertengahan, Nicolás Copernicus mengusulkan model heliosentrisnya, yang menempatkan Bumi sebagai satu planet lagi, berputar mengelilingi matahari.

Pendekatan ini sangat mempengaruhi cara kita melihat seluruh alam semesta dan bahkan melihat diri kita sendiri, kerana ia menempatkan kita di tempat yang mungkin tidak "istimewa" seperti yang kita sangka. Maka kemungkinan adanya planet lain yang serupa dengan kita dan, dengannya, kehidupan berbeza dengan yang kita tahu.

Rajah 2. Sistem Heliosentrik Copernicus. Sumber: Domain awam, melalui Wikimedia Commons

Idea pertama kehidupan luar bumi

Penulis dan ahli falsafah Perancis, Bernard le Bovier de Fontenelle, pada akhir abad ke-17 sudah mengemukakan bahawa kehidupan dapat wujud di planet lain.

Pada pertengahan abad ke-18, banyak sarjana yang berkaitan dengan Pencerahan menulis tentang kehidupan di luar bumi. Bahkan ahli astronomi terkemuka pada masa itu seperti Wright, Kant, Lambert, dan Herschel, menganggap bahawa planet, bulan, dan bahkan komet dapat dihuni.

Ini adalah bagaimana abad kesembilan belas bermula dengan majoriti saintis akademik, ahli falsafah dan teolog, berkongsi kepercayaan akan kewujudan kehidupan di luar bumi di hampir semua planet. Ini dianggap sebagai anggapan yang baik pada masa itu, berdasarkan pemahaman saintifik tentang kosmos yang semakin meningkat.

Perbezaan luar biasa antara benda langit dari sistem suria (mengenai komposisi kimia, atmosfer, graviti, cahaya dan haba), tidak dihiraukan.

Namun, ketika kekuatan teleskop meningkat dan dengan munculnya spektroskopi, para astronom dapat mulai memahami kimia atmosfer planet yang berdekatan. Oleh itu, dapat dikesampingkan bahawa planet-planet berdekatan dihuni oleh organisma yang serupa dengan planet daratan.

Objek kajian astrobiologi

Astrobiologi memberi tumpuan kepada kajian soalan asas berikut:

• Apa itu hidup?
• Bagaimana kehidupan timbul di Bumi?
• Bagaimana kehidupan berkembang dan berkembang?
• Adakah kehidupan di tempat lain di alam semesta?
• Apakah masa depan kehidupan di Bumi dan tempat lain di alam semesta, jika wujud?

Banyak persoalan lain timbul dari persoalan ini, semuanya berkaitan dengan objek kajian astrobiologi.

Marikh sebagai model untuk kajian dan penerokaan ruang angkasa

Planet merah, Mars, telah menjadi benteng terakhir hipotesis kehidupan luar bumi dalam sistem suria. Idea kewujudan kehidupan di planet ini pada mulanya berasal dari pemerhatian yang dibuat oleh ahli astronomi pada akhir abad ke-19 dan awal abad ke-20.

Mereka berpendapat bahawa tanda di permukaan Mars sebenarnya saluran yang dibina oleh populasi organisma pintar. Corak ini kini dianggap sebagai produk angin.

Misi-misi

Penyelidikan ruang Mariner menunjukkan zaman ruang angkasa yang bermula pada akhir 1950-an. Era ini memungkinkan untuk melihat secara langsung dan memeriksa permukaan planet dan bulan di dalam sistem suria; sehingga mengesampingkan tuntutan bentuk kehidupan luar angkasa pelbagai sel dan mudah dikenali dalam sistem suria.

Pada tahun 1964, misi Mariner 4 NASA mengirim gambar jarak dekat pertama permukaan Mars, yang menunjukkan planet gurun pada dasarnya.

Walau bagaimanapun, misi berikutnya ke Marikh dan planet luar memungkinkan pandangan terperinci mengenai mayat-mayat itu dan bulan mereka dan, terutama dalam kes Marikh, pemahaman sebahagian dari sejarah awal mereka.

Dalam pelbagai persekitaran luar bumi, para saintis mendapati persekitaran yang tidak jauh berbeza dengan persekitaran yang dihuni di Bumi.

Kesimpulan yang paling penting dari misi angkasa pertama ini adalah penggantian andaian spekulatif dengan bukti kimia dan biologi, yang memungkinkan untuk dikaji dan dianalisis secara objektif.

Adakah kehidupan di Marikh? Misi

Pada mulanya, hasil misi Mariner menyokong hipotesis tentang tidak adanya kehidupan di Marikh. Namun, kita mesti mempertimbangkan bahawa kehidupan makroskopik sedang dicari. Misi berikutnya menimbulkan keraguan terhadap ketiadaan mikroskopik.

Gambar 3. Pemeriksaan orbital dan daratan misi Viking. Sumber: Don Davis, melalui Wikimedia Commons

Sebagai contoh, dari tiga eksperimen yang dirancang untuk mengesan kehidupan yang dilakukan oleh penyelidikan darat misi Viking, dua adalah positif dan satu negatif.

Walaupun begitu, kebanyakan saintis yang terlibat dalam eksperimen probe Viking bersetuju bahawa tidak ada bukti kehidupan bakteria di Marikh dan hasilnya secara rasmi tidak dapat disimpulkan.

Gambar 4. Pendaratan pendaratan (Lander) misi Viking. Sumber: NASA / JPL-Caltech / Universiti Arizona, melalui Wikimedia Commons

Misi

Berikutan hasil kontroversi misi Viking, Agensi Angkasa Eropah (ESA) melancarkan misi Mars Express pada tahun 2003, yang dirancang khusus untuk kajian eksobiologi dan geokimia.

Misi ini merangkumi siasatan yang disebut Beagle 2 (identik dengan kapal tempat Charles Darwin melakukan perjalanan), yang dirancang untuk mencari tanda-tanda kehidupan di permukaan Mars yang cetek.

Penyelidikan ini sayangnya kehilangan kontak dengan Bumi dan tidak dapat menjalankan misinya dengan memuaskan. Nasib serupa juga dilakukan oleh penyelidikan NASA "Mars Polar Lander" pada tahun 1999.

Misi

Setelah percubaan yang gagal ini, pada bulan Mei 2008, misi Phoenix NASA sampai di Mars, memperoleh hasil yang luar biasa hanya dalam 5 bulan. Objektif penyelidikan utamanya adalah eksobiologi, iklim dan geologi.

Penyelidikan ini dapat menunjukkan kewujudan:

• Salji di atmosfer Marikh.
• Air dalam bentuk ais di bawah lapisan atas planet ini.
• Tanah asas dengan pH antara 8 dan 9 (sekurang-kurangnya di kawasan yang hampir dengan keturunan).
• Air cair di permukaan Marikh pada masa lalu

Penerokaan Marikh berterusan

Penjelajahan Mars berterusan hari ini, dengan instrumen robot berteknologi tinggi. Misi Rovers (MER-A dan MER-B) telah memberikan bukti yang mengagumkan bahawa terdapat aktiviti air di Marikh.

Sebagai contoh, bukti air tawar, mata air mendidih, suasana yang padat dan kitaran air aktif telah dijumpai.

Gambar 5. Lukisan Rover MER-B (Peluang) di permukaan Marikh. Sumber: NASA / JPL / Cornell University, Maas Digital LLC, melalui Wikimedia Commons

Di Marikh, bukti telah diperoleh bahawa beberapa batu telah dibentuk di hadapan air cair, seperti Jarosite, yang dikesan oleh MER-B (Opportunity) Rover, yang aktif dari tahun 2004 hingga 2018.

The Rover MER-A (Curiosity) telah mengukur turun naik musim dalam metana, yang selalu berkaitan dengan aktiviti biologi (data yang diterbitkan pada tahun 2018 dalam jurnal Science). Dia juga telah menemui molekul organik seperti thiophene, benzene, toluene, propane, dan butane.

Gambar 6. Fluktuasi tahap metana bermusim di Marikh, diukur oleh Rover MER-A (Curiosity). Sumber: NASA / JPL-Caltech

Terdapat air di Marikh

Walaupun permukaan Marikh saat ini tidak ramah, ada bukti yang jelas bahawa di masa lalu, iklim Mars membiarkan air cair, bahan penting untuk kehidupan seperti yang kita ketahui, terkumpul di permukaan.

Data Rover MER-A (Curiosity) mendedahkan bahawa berbilion tahun yang lalu, sebuah tasik di dalam kawah Gale mengandungi semua bahan yang diperlukan untuk hidup, termasuk komponen kimia dan sumber tenaga.

Meteorit Mars

Sebilangan penyelidik menganggap meteorit Mars sebagai sumber maklumat yang baik tentang planet ini, bahkan menunjukkan bahawa terdapat molekul organik semula jadi dan juga mikrofosil bakteria. Pendekatan ini adalah tajuk perbahasan ilmiah.

Rajah 7. Pandangan mikroskopik struktur dalaman meteorit ALH84001, menunjukkan struktur yang serupa dengan bacilli. Sumber: NASA, melalui Wikimedia Commons

Meteorit dari Marikh ini sangat jarang berlaku dan merupakan satu-satunya sampel planet merah yang dapat dianalisis secara langsung.

Panspermia, meteorit dan komet

Salah satu hipotesis yang menyokong kajian meteorit (dan juga komet), telah disebut panspermia. Ini terdiri dari anggapan bahawa pada masa lalu penjajahan Bumi berlaku, oleh mikroorganisma yang masuk ke dalam meteorit ini.

Hari ini terdapat juga hipotesis yang menunjukkan bahawa air darat berasal dari komet yang mengebom planet kita pada masa lalu. Di samping itu, dipercayai bahawa komet ini mungkin membawa molekul primal, yang memungkinkan pengembangan kehidupan atau bahkan kehidupan yang sudah dikembangkan yang tersimpan di dalamnya.

Baru-baru ini, pada bulan September 2017, Agensi Angkasa Eropah (ESA) berjaya menyelesaikan misi Rosseta, yang dilancarkan pada tahun 2004. Misi ini terdiri daripada penerokaan komet 67P / Churyumov-Gerasimenko dengan penyelidikan Philae yang mencapai dan mengorbitnya, untuk kemudian turun. Hasil misi ini masih dalam kajian.

Kepentingan astrobiologi

Paradoks Fermi

Boleh dikatakan bahawa persoalan asal yang memotivasi kajian Aastrobiologi adalah: Adakah kita sendiri di alam semesta?

Di Bima Sakti sahaja terdapat ratusan bilion sistem bintang. Fakta ini, ditambah dengan usia alam semesta, menunjukkan bahawa kehidupan harus menjadi fenomena biasa di galaksi kita.

Mengenai perkara ini, pertanyaan yang diajukan oleh ahli fizik pemenang Hadiah Nobel Enrico Fermi terkenal: "Di mana semua orang?", Yang dia ajukan dalam konteks makan siang, di mana fakta bahawa galaksi harus penuh dibincangkan kehidupan.

Pertanyaan itu akhirnya menimbulkan Paradoks yang menanggung namanya dan yang dinyatakan dengan cara berikut:

Program SETI dan Pencarian Kecerdasan Luar Angkasa

Satu kemungkinan jawapan bagi paradoks Fermi adalah bahawa peradaban yang kita fikirkan sebenarnya ada, tetapi kita belum mencarinya.

Pada tahun 1960, Frank Drake bersama dengan ahli astronomi lain memulakan program Search for Extraterrestrial Intelligence (SETI).

Program ini telah membuat usaha bersama dengan NASA, dalam mencari tanda-tanda kehidupan di luar bumi, seperti isyarat radio dan gelombang mikro. Persoalan bagaimana dan di mana mencari isyarat ini telah membawa kemajuan besar dalam banyak cabang sains.

Gambar 8. Teleskop radio yang digunakan oleh SETI di Arecibo, Puerto Rico. Sumber: JidoBG, dari Wikimedia Commons

Pada tahun 1993 Kongres AS membatalkan pembiayaan kepada NASA untuk tujuan ini, sebagai akibat dari kesalahpahaman mengenai makna dari apa yang dicari oleh pencarian itu. Hari ini projek SETI dibiayai dengan dana swasta.

Projek SETI bahkan telah menghasilkan filem Hollywood, seperti Contact, yang dibintangi oleh pelakon Jodie Foster dan terinspirasi oleh novel dengan nama yang sama yang ditulis oleh ahli astronomi terkenal dunia, Carl Sagan.

Persamaan Drake

Frank Drake telah menganggarkan jumlah peradaban dengan kemahiran berkomunikasi, menggunakan ungkapan yang bertuliskan namanya:

N = R * xf _p xn _e xf _l xf _i xf _c x L

Di mana N mewakili jumlah peradaban dengan kemampuan untuk berkomunikasi dengan Bumi dan dinyatakan sebagai fungsi pemboleh ubah lain seperti:

• R *: kadar pembentukan bintang yang serupa dengan matahari kita
• f _p : pecahan sistem bintang ini dengan planet
• n _e : bilangan planet seperti Bumi bagi setiap sistem planet
• f _l : pecahan planet-planet ini di mana kehidupan berkembang
• f _i : pecahan di mana kecerdasan timbul
• f _c : pecahan planet yang sesuai dengan komunikasi
• L: jangkaan "kehidupan" tamadun ini.

Drake merumuskan persamaan ini sebagai alat untuk "mengukur" masalah, dan bukan sebagai elemen untuk membuat anggaran konkrit, kerana banyak istilahnya sangat sukar untuk dianggarkan. Namun, ada konsensus bahawa jumlah yang cenderung dilemparkannya besar.

Senario baru

Kita harus perhatikan bahawa ketika persamaan Drake dirumuskan, ada sedikit bukti planet dan bulan di luar sistem suria kita (exoplanet). Pada tahun 1990-an, bukti pertama eksoplanet muncul.

Rajah 9. Teleskop Kepler. Sumber: NASA, melalui Wikimedia Commons

Sebagai contoh, misi Kepler NASA mengesan 3,538 calon exoplanet, di mana sekurang-kurangnya 1,000 dianggap berada di "zon yang dapat dihuni" dari sistem yang dipertimbangkan (jarak yang memungkinkan adanya air cair).

Astrobiologi dan penerokaan hujung Bumi

Salah satu kelebihan astrobiologi adalah bahawa ia telah mengilhami, sebahagian besarnya, keinginan untuk meneroka planet kita sendiri. Ini dengan harapan memahami dengan analogi operasi kehidupan dalam keadaan lain.

Sebagai contoh, kajian ventilasi hidrotermal di dasar laut telah membolehkan kita memerhatikan, untuk pertama kalinya, kehidupan yang tidak berkaitan dengan fotosintesis. Artinya, penelitian ini menunjukkan kepada kita bahwa ada sistem di mana kehidupan tidak bergantung pada sinar matahari, yang selalu dianggap sebagai syarat yang sangat diperlukan.

Ini memungkinkan kita untuk mengira kemungkinan senario kehidupan di planet di mana air cair dapat dijumpai, tetapi di bawah lapisan ais tebal, yang akan menghalang kedatangan cahaya ke organisma.

Contoh lain ialah kajian mengenai lembah kering di Antartika. Di sana mereka memperoleh bakteria fotosintetik yang bertahan hidup terlindung di dalam batuan (bakteria endolitik).

Dalam kes ini, batu berfungsi baik sebagai penyokong dan sebagai perlindungan dari keadaan buruk di tempat tersebut. Strategi ini juga telah dikesan di flat garam dan sumber air panas.

Gambar 10. Lembah Kering McMurdo di Antartika, salah satu tempat di Bumi yang paling serupa dengan Marikh. Sumber: Jabatan Negara AS dari Amerika Syarikat, melalui Wikimedia Commons

Perspektif astrobiologi

Pencarian saintifik untuk kehidupan di luar bumi sejauh ini tidak berjaya. Tetapi ia menjadi lebih canggih kerana penyelidikan astrobiologi menghasilkan pandangan baru. Dekad penerokaan astrobiologi akan menyaksikan:

• Usaha yang lebih besar untuk meneroka Marikh dan bulan-bulan yang sejuk di Musytari dan Saturnus.
• Keupayaan yang belum pernah terjadi sebelumnya untuk mengamati dan menganalisis planet-planet ekstrasur.
• Potensi yang lebih besar untuk merancang dan mengkaji bentuk kehidupan yang lebih sederhana di makmal.

Semua kemajuan ini pasti akan meningkatkan kemungkinan kita mencari kehidupan di planet seperti Bumi. Tetapi mungkin, kehidupan di luar bumi tidak ada atau tersebar di seluruh galaksi sehingga hampir tidak ada kesempatan untuk mencarinya.

Walaupun senario yang terakhir benar, penyelidikan dalam astrobiologi semakin memperluas perspektif hidup kita di Bumi dan tempatnya di alam semesta.

Rujukan

1. Chela-Flores, J. (1985). Evolusi sebagai fenomena kolektif. Jurnal Biologi Teoretikal, 117 (1), 107-118. doi: 10.1016 / s0022-5193 (85) 80166-1
2. Eigenbrode, JL, Summons, RE, Steele, A., Freissinet, C., Millan, M., Navarro-González, R.,… Coll, P. (2018). Bahan organik diawetkan di batu lumpur berusia 3 bilion tahun di kawah Gale, Mars. Sains, 360 (6393), 1096-1101. doi: 10.1126 / science.aas9185
3. Goldman, AD (2015). Astrobiologi: Tinjauan. Dalam: Kolb, Vera (eds). ASTROBIOLOGI: Pendekatan Evolusi CRC Press
4. Goordial, J., Davila, A., Lacelle, D., Pollard, W., Marinova, MM, Greer, CW,… Whyte, LG (2016). Mendekati had hidup kering mikroba di permafrost lembah kering atas, Antartika. Jurnal ISME, 10 (7), 1613–1624. doi: 10.1038 / ismej.2015.239
5. Krasnopolsky, VA (2006). Beberapa masalah yang berkaitan dengan asal-usul metana di Marikh. Icarus, 180 (2), 359–367. doi: 10.1016 / j.icarus.2005.10.015
6. LEVIN, GV, & STRAAT, PA (1976). Eksperimen Biologi Pelepasan Berlabel Viking: Hasil Interim. Sains, 194 (4271), 1322-1329. doi: 10.1126 / sains.194.4271.1322
7. Ten Kate, IL (2018). Molekul organik di Marikh. Sains, 360 (6393), 1068-1069. doi: 10.1126 / science.aat2662
8. Webster, CR, Mahaffy, PR, Atreya, SK, Moores, JE, Flesch, GJ, Malespin, C., … Vasavada, AR (2018). Latar belakang metana di atmosfer Mars menunjukkan variasi musim yang kuat. Sains, 360 (6393), 1093-1096. doi: 10.1126 / sains.aaq0131
9. Whiteway, JA, Komguem, L., Dickinson, C., Cook, C., Illnicki, M., Seabrook, J.,… Smith, PH (2009). Awan dan Ais Air-Ais Mars. Sains, 325 (5936), 68-70. doi: 10.1126 / sains.1172344