Zaklada Kavli Pitanja i pitanja: Sljedeća izvanzemaljska vrata

Istraživači razgovaraju o novim znakovima kemije povoljnim za život na Marsu, u Europi i Enceladusu, plus o tome kako ispitati njegovu prisutnost u interplanetarnim misijama.

Umjetnikov dojam da se sonda Galileo njihala pokraj Jupiterovog mjeseca Europa kako bi uzorkovala pljusak.
NASA / JPL-Caltech / Univ. u Michiganu

Ako se vi nadate dokazima života na vanzemaljskim planetima, ovo je bila jako dobra godina, i vi čak niste trebali gledati izvan našeg Sunčevog sustava.

U 2018. godini istraživači su na Marsu pronašli organski materijal, nagovještavajući da su građevni blokovi za život bili podvrgnuti barem nekoj skupštini na Crvenom planetu. Također izrada naslova: ponavljajući obrazac u Marsovoj atmosferi, sugerirajući da bi mikrobi koji dišu metan mogli voskati i smanjivati ​​se s marsovskim sezonama. Nakon toga stigla je riječ o prvoj znatnoj tekućoj vodi koja je ikada identificirana na Marsu, slijevajući se u divovsko jezero ispod južne polarne kape. Što dalje, istraživači misle da su primijetili Jupiterov ledeni mjesec Europa koji izbija mnoštvo materijala iz kolosalnog, podzemnog oceana koji može živjeti život. U lipnju su istraživači također najavili prvo otkrivanje složenih organskih materijala u pljuskovima drugog mjeseca, Saturnova Enceladusa, opet ukazujući na mogućnosti izvanzemaljskog života, tako blizu Zemlje.

Tijekom sljedećeg desetljeća, istraživači će prikupljati nove ključne tragove dok će još jedna runda robotskih misija istraživati ​​Mars i svemirske letjelice letjeti u Europi kako bi mogle ubrati uzorke bioloških znakova.

Jesmo li na rubu dokazivanja da život postoji negdje drugdje? Zaklada Kavli okupila je okrugli stol stručnjaka iz područja astrobiologije, koji se udubio u porijeklo života. Imali su široku raspravu o Marsu, ledenim mjesecima i kako ta velika otkrića mijenjaju potragu za biologijom izvan Zemlje.

Sudionici su:

  • SUKRIT RANJAN - postdoktorski istraživač na odsjeku Zemlje, atmosfere i planetarnih znanosti na Massachusetts Institute of Technology (MIT) i pridruženi član Instituta za astrofiziku i svemirska istraživanja MIT Kavli. Njegovo se istraživanje usredotočuje na porijeklo života nežive kemije.
  • MORGAN CABLE - tehnolog u NASA-inom laboratoriju za mlazni pogon, Kalifornijski tehnološki institut, koji radi na instrumentima za misije svemirskih letjelica. Također je radila kao pomoćnica inženjera projektnog sustava za Misiju Cassini, koja je proučavala Saturn i njegove mjesece 13 godina do 2017. godine.
  • ANDREW STEELE - znanstvenik u Geofizičkom laboratoriju pri Carnegie instituciji znanosti. Koautor je nedavnog rada koji opisuje složeni organski materijal otkriven na Marsu. Steeleova stručnost je u otkrivanju mikrobiološkog života, za koji se znanstvenici slažu da je daleko najvjerojatnija vrsta koja bi se mogla pojaviti drugdje u svemiru.

Slijedi uređeni transkript njihova okruglog stola. Sudionici imaju priliku izmijeniti ili urediti svoje primjedbe.


FONDACIJA KAVLI: Ove su godine nevjerojatne vijesti o izgledu života u našem sunčevom sustavu. Zaustavimo se u potjeri: Iza Zemlje, za koji planet ili mjesec svaki od vas vjeruje da ima najbolju mogućnost života u životu?

Sukrit Ranjan proučava porijeklo života iz nežive kemije na MIT-u.

SUKRIT RANJAN: Moj se odgovor nedavno promijenio na Marsu. Površina Marsa je zaista neprijateljska. Ali postoje dokazi o tekućoj vodi koja bi mogla ugroziti život u dubokom podzemlju, poput onog nedavno otkrivenog podzemnog jezera. Spojite to s dokazima da se čini da je rani Mars bio vrlo sličan ranom Zemlji. Ako se život dogodio ovdje, zašto se to razumno nije dogodilo na Marsu?

Također imamo nedavno otkrivanje sezonskog metana, o kojem znam da ćemo dalje raspravljati. Nije šutnja da je ovaj metan znak života, ali natjerao me da sve više i više razmišljam o životu kao mogućem objašnjenju.

MORGANSKI KABEL: Izlazeći iz najnižih prema najvišim koeficijentima, moja tri izbora su Saturnov mjesec Titan, zatim Jupiterov mjesec Europa, zatim povratak Saturnu i njegovom mjesecu Enceladusu.

Titan ima unutarnji ocean tekuće vode i svu ovu fascinantnu kemiju sa složenim organskim molekulama koje padaju na njegovu površinu. Ako na Titanu postoje tektonika ploča kao i mi na Zemlji, oni bi mogli pružiti način da se organske molekule na površini spuste u taj ocean tekuće vode. Tamo bi organizmi imali sve što im je potrebno za preživljavanje. Problem je u tome što Titan ima prilično gustu koricu vodenog leda, tako da nije jasno kako bi se te molekule našle ispod njega.

Broj dva na mojoj listi je Europa. Ima i unutarnji ocean. Sada mislimo da ima plugove, kroz koje možemo imati razmjenu molekula između površine i unutrašnjosti, slično onome što sam upravo spomenuo na Titanu. Tamo gdje se Europa oceana susreće s ljuskom vodenog leda, mogla bi vam se pružiti kemija koja podržava život.

Ali moj broj jedan je Enceladus. To je jedino mjesto u Sunčevom sustavu za koje smo potvrdili da postoje aktivni pljuskovi - gejziri koji puštaju vodu u svemir, koji ne sadrže samo vodu, metan i vodik, već i složene organske molekule. Enceladus vjerojatno ima sve sastojke za život. Osim toga, to je i jedno od rijetkih mjesta na koje bismo mogli ići i izravno pristupiti pljusku. Čineći to, možda ćemo moći odgovoriti na pitanje o postojanju života drugdje u svemiru, jednom za svagda.

ANDREW STEELE: Za mene su najvjerojatnija mjesta života također oni ledeni mjeseci Jupitera i Saturna. Vrlo su aktivni i dinamični, što biste trebali prebaciti od nežive do žive kemije. Mislim da Mars nije bio tako aktivno mjesto. Ali Mars je izvrstan za testiranje ovih teorija na planeti za koju mislimo da je skočila dijelom prema životu.

TKF: Razgovarajmo malo više o Marsu. Doista ima svoj trenutak. Andrew, dio si tima koji je prijavio sezonsku varijaciju metana u marsovskoj atmosferi na koju se Sukrit spominjao ranije. Zašto je ta sezonalnost važna?

STEELE: Ta opažanja pokazuju da Mars "diše". Postoji ciklus. Pitanje je, zašto? Je li Mars mrtav, u kom slučaju samo diše geohemijski ili diše jer postoji život? Ne možete zaključiti da je to znak života dok niste precrtali svaku drugu mogućnost.

RANJAN: Normalno da bi se metan kemijski razgradio nakon nekoliko stotina godina, tako da ne biste očekivali da će se vratiti u atmosferu kad se promijene godišnja doba. Činjenica da se metan vraća na vremensku mjeru u trajanju od nekoliko mjeseci implicira da se s atmosferom događa nešto stvarno čudno, ili možda taj život igra neku ulogu. Ovo otkriće pokrenulo je puno glavnih pitanja.


"[Enceladus] je jedno od rijetkih mjesta na koje ćemo moći ići i pristupiti pljusku izravno. Čineći to, možda ćemo moći odgovoriti na pitanje o postojanju života drugdje u svemiru, jednom zauvijek. "—Morganski kabel


TKF: Andrew, također ste radili na drugoj studiji koja je izvijestila da je rover Curiosity otkrio složene organske molekule sačuvane u sedimentima starim 3 milijarde godina na Marsu. Dva pitanja za svakog od vas: Zašto su ovakve vrste molekula toliko intrigantne i što nam ovo govori o Marsu kojeg prije nismo znali?

Morgan Cable radi na instrumentima za misije svemirskih letjelica u NASA-inom laboratoriju za mlazni pogon.

STEELE: Nalazi nam pokazuju da na Marsu postoji aktivan proces uklanjanja ugljika iz okoliša i stavljanja u složene molekule, a to je korak naprijed za mogućnost života kakav prije nismo imali.

RANJAN: Ovdje je samo upozorenje. Moramo biti oprezni što mislimo kad kažemo složeni organski materijali jer ako imate izvor energije plus elemente ugljik, vodik, kisik, takve stvari, očekujete da se dogodi neka organska kemija. Ono što je zaista zanimljivo je vrsta organskih molekula koje dobivate. Postoje određene vrste koje neživi izvori jako dobro prave, a dobivate ih cijelo vrijeme. Postoje i drugi koji su neživi izvori zaista loši u stvaranju, poput nukleotida koji su građevni blokovi RNA i DNK. Ako pronađete nukleotide, to vam počinje zvučati mnogo privlačnije.

STEELE: Sukritovo pravo, formiranje složene organske nije tako iznenađujuće i na Marsu ne vidimo ništa tako složeno kao nukleotidi. Ali tamo gdje se stičemo je da je složena orgulja također izvor energije. Moja prethodna istraživanja pokazuju da su stijene na Marsu doista vrlo pogodne za stanovanje. Oni su bazalt, slični stijeni koju imamo iz vulkana na Havajima ili Etne u Italiji. Stvorenja vole bazalte jer nude puno hranjivih sastojaka.

Na Marsu počinjemo postavljati osnovnu vrijednost nežive kemije. Kao rezultat toga, možemo tražiti odstupanja od te osnovne točke za nagovještaje o prisutnosti života, bez potrebe za pretpostavkama da će život funkcionirati točno kao na Zemlji. Moramo shvatiti kemiju Marsa kakva jest, a ne samo kako to obično vidimo na Zemlji.

KABELA: Andrew, mislite li da bi se ovakva vrsta istrage mogla primijeniti i kada počnemo istraživati ​​mjesta poput Europe i Enceladusa?

STEELE: Da, apsolutno. Mislim da bismo trebali tražiti da postavimo te osnovne vrijednosti za naše kontinuirano istraživanje ledenih mjeseci.

Istraživanje Andrew Steele usredotočeno je na otkrivanje života mikroba. Radi na Carnegie instituciji znanosti.

TKF: Skočimo dalje u naš Sunčev sustav prema tim mjesecima. Morgan vi ste radili na Misiji Cassini koja je okončala svoje 13-godišnje istraživanje Saturna i njegovih mjeseci prošle godine. Cassini je slavno otkrio grozdove materijala koji su isticali Saturnov ledeni mjesec Enceladus, uz uskličnik je stigao tek ovog ljeta, kada su pljusci najavljeni da drže složeni organski materijal. Zašto su ovi nalazi tako važni?

KABEL: U ovom su istraživanju analizirana zrnca leda koja izlaze iz pluta Enceladusa. Većina zrna je čisti vodeni led, a neki su vrlo bogati solima. Ali podskup, njih oko 3 posto, vrlo je bogat organicima.

Nažalost, teško je donijeti bilo kakve konačne zaključke o njima, jer je instrument koji mjeri zrno zastario. Čvrsta, Cassini je lansiran 1997. Dakle, dok ne možemo reći da je bilo koji od Cassinijevih instrumenata potvrdio iskrene biomolekule, pokazali su puno bogate kemije. To upućuje na stvari koje život može upotrijebiti, poput kemijskih građevnih blokova i hrane.

Ovi nalazi nam govore da je Enceladus mjesto kojem se trebamo vratiti s modernijim, sofisticiranijim instrumentima.

TKF: Morgane, radite i na sljedećoj misiji NASA-e u Europi, pod nazivom Europa Clipper. Baš ovog proljeća, novi podaci sugeriraju da Jupiter oko nalaza. Pod pretpostavkom da otkriće stoji, kako ovi pljuskovi utječu na misiju Clipper-a i na njegove ciljeve?

KABEL: Procjenjivanje naseljenosti Europe jedan je od glavnih znanstvenih ciljeva misije Clipper. U istom pristupu kao i Cassini, Europa Clipper će imati instrumente koji se nazivaju maseni spektrometri. Možete misliti na masene spektrometre poput jezika koji strše i kušati stvari koje su u svemiru. Ako postoji pljusak koji materijal stavlja u svemir, možda ćemo imati mehanizam "kušanja" i proučavanja onog što se nalazi u Europi. Sada je ledena školjka Europan puno deblja od školjke na Enceladusu, tako da nije jasno da li pljuskovi Europana zapravo dolaze iz Mjesečevog unutarnjeg oceana ili iz nekog drugog akumulacije tekućine bliže površini. Bilo koji od njih je zaista fascinantan potencijal!

RANJAN: Stvarno sam uzbuđen što se ovaj posao radi. Što više znamo o ovim planetima i mjesecima, bolje možemo razumjeti kako je život započeo na Zemlji i može li to biti rjeđa pojava nego što se nadamo.

STEELE: Također sam jako uzbuđen putovanjem. Ne možemo predvidjeti koliko će to trajati ili što će nam u konačnici donijeti, no važno je poduzeti i učiti iz tih podataka na što više načina.


"Što više znamo o ovim planetima i mjesecima, bolje možemo shvatiti kako je život započeo na Zemlji i ako je to možda rjeđi fenomen nego što se nadamo." Sukrit Ranjan


Autoportret pucnuo roverom Curiosity tijekom njegove marsovske ekspedicije.
NASA / JPL-Caltech / MSSS

TKF : Spominjete bolje razumijevanje nastanka života na Zemlji. Jesmo li se uopće približili odgovoru na pitanje kako se život odvijao ovdje? Sukrit, vaše se istraživanje usredotočuje na porijeklo života.

RANJAN: To je stvarno dobro pitanje. Teško je reći koliko smo daleko otišli do odgovora jer nemamo drugih primjera iz života. Kao da idemo niz cestu, a nismo sigurni kada će se ta cesta završiti. Ali znamo gdje želimo završiti. Želimo doći do nekakvog samoobnavljajućeg kemijskog sustava koji je sposoban za Darwinov evoluciju.

Znanstvenici istražuju brojne različite putove kako bi došli do tog odredišta, iako niti jedan još nije bio uspješan. Na primjer, jako me zanima "hipoteza RNA svijeta" - ideja da su DNK i proteini koji su sastavni dio života započeli s drugom složenom molekulom, RNA, do toga je lakše doći kemijski. Do sada u laboratoriju nismo uspjeli izgraditi nešto čak ni relativno jednostavno kao RNA. Preostaje još puno posla.

STEELE: Ovu težnju ka životu možete zamisliti kao jednostavno postavljanje 100 000 epruveta na laboratorijsku klupu. U epruveti jedan započinjete s jednostavnim spojem ugljika i kisika. U ostalim epruvetama nastavljate dodavati više ugljika, kisika, vodika i ostalih sastojaka. Do zadnje cijevi, mikrobi plivaju okolo. Kemijske reakcije koje se trebaju dogoditi između njih kako bi se te molekule pridružile kako bi na kraju napravile šećere, DNK i tako dalje, zahtijevaju konstantno kretanje, stalnu energiju, stalno recikliranje reaktanata i proizvoda, kao i druge uvjete.

KABELA: Što više podataka moramo baciti na problem, bolji će nam biti zaključci. U tom pogledu, pristup skupovima podataka s Marsa i tim ledenim mjesecima, bilo da imaju život ili ne, mogu pružiti ideje o tome koji bi kemijski putevi u konačnici mogli dovesti do života.

TKF: Izvan Sunčevog sustava astronomi su već otkrili tisuće egzoplaneta, od kojih su neki dovoljno bliski da ih možemo proučavati zbog znakova života. Koliko je važno dobiti dobro rukovanje vlastitim solarnim sustavom kako bismo procijenili planete i mjesečeve solarnih sustava za život?

STEELE: Razumijevanje našeg vlastitog sunčevog sustava nalik je na način da imamo kamen Rosetta s kojim bismo imali smisla za ono što gledamo drugdje. Kada pogledamo egzoplanete, tražimo svjetlosne potpise u njihovim atmosferama koji ukazuju na prisutnost plinova koje bi mogao proizvesti samo život. Budući da egzoplanete gledamo od daleke zemlje, imamo ograničene podatke za crtanje ovakvih zaključaka. Slično tome, ako bi vanzemaljci na egzoplaneti gledali u naš sunčev sustav, vjerojatno bi bili teško pritisnuti život na Zemlji. Stoga je ključno da napredujemo u spoznaji kako znakovi života mogu izgledati.

RANJAN: Tako je. Dobijamo tako malo signala s egzoplaneta da će teško protumačiti hosti li život ili ne. Zato se slažem da zaista moramo znati naš sunčev sustav.

S druge strane, mislim da postoji prilika da nam egzoplaneti pomognu u tumačenju svjetova našeg sunčevog sustava. Naravno, postoji toliko egzoplaneta od onoga što ovdje imamo, a oni su također tako raznoliki.

KABEL: Život bi trebao biti krajnja hipoteza. Sva druga moguća objašnjenja trebali ste eliminirati za podatke za koje vidite da su životi kao jedini odgovor, a teško je to učiniti gledajući teleskopima na svjetlosne potpise egzoplaneta. Bilo bi puno bolje poslati svemirske letjelice i prikupiti podatke izravno s planeta, ali čak i to stvara probleme. Krajem 70-ih, iskrcali smo vikinške sonde na Marsu. Eksperiment za otkrivanje života koji se provodio na Vikingu dao je vrlo dvosmislen odgovor. O rezultatima se i danas raspravlja, a neki znanstvenici tvrde da smo već našli dokaze za život na Marsu.

Dakle, lekcija koju uzimamo dok dizajniramo eksperimente za potragu za životom na Enceladusu, Europi, Titanu ili bilo gdje drugdje jest da se osigura da umanjimo tu nejasnoću. Želimo da nam naši testovi daju konačan odgovor. Pa ipak, što više nalazimo čudne vrste egzoplaneta i što više nalazimo čudnu kemiju u našem vlastitom Sunčevom sustavu, to se više komplicira kako radimo ove eksperimente. Naposljetku, ne možemo očekivati ​​da će odmah zaužiti slam.


"Razumijevanje vlastitog sunčevog sustava na neki je način kao kamen Rosetta s kojim bi imali smisla za ono što gledamo drugdje." - Andrew Steele


Pljuskovi Enceladusa, snimljeni su izviđajući iz Mjesečeve površine svemirskim brodom Cassini na udaljenosti od 14 000 kilometara u 2010. godini.
NASA / JPL / Institut za svemirske znanosti

TKF: Posljednje pitanje: Postoji li dobar razlog da nagađamo da život možda nije "kakav znamo", da dolazi u oblicima koje bismo jedva prepoznali? Morgan, istražili ste o tome može li egzotični život upotrijebiti neko drugo otapalo osim vode za svoju biokemiju.

KABELA: Što više otkrića napravimo, to više shvaćamo da bi sve pretpostavke koje iznesemo mogle biti pogrešne. Mislim da nitko od nas ne bi isključio mogućnost da bi neka druga tekućina, poput amonijaka, metana, etana ili čak tekućeg oblika ugljičnog dioksida, mogla raditi kao potencijalno otapalo za život. Ali ove tekućine će se ponašati drugačije od vode. Kao rezultat, život u tim tekućinama morao bi biti bitno drugačiji od života koji može postojati u tekućoj vodi. To ne znači da ovaj izvanzemaljski život ne bi koristio iste, obilne, osnovne građevne dijelove ugljika, vodika, dušika i kisika. Ali može ih sastaviti na različite načine.

Dok tragamo za životom u svim tim različitim okruženjima, mislim da je najbolje što možemo učiniti biti što agnostniji. Ono što mislim je, umjesto da tražimo određenu molekulu koja je povezana sa životom kakav znamo, trebali bismo tražiti obrasce u kemiji koje bismo pronašli, a koji se jednostavno ne bi mogli proizvesti bez života.

RANJAN: Najbolje su nam šanse da otkrijemo život kakav mi ne znamo, unutar našeg Sunčevog sustava. To je zato što smo ograničeni u onome što bismo mogli zaključiti o egzoplanetima i exomoonima, a da ih zapravo ne posjetimo. Podnošenje zahtjeva za životom bilo bi samo po sebi neobično, pa je teško uvjerljivo dokazati tvrdnju o životu koji koristi otapalo osim vode.

STEELE: U nekom trenutku morate znanstveno, kao i filozofski, razmisliti što je "život"? Ne možemo čak i odlučiti da li se virusi uklapaju u definiciju. Crta između života i neživota može postati vrlo, vrlo zamagljena. Mislim da morate početi s onim što znate kao život, i voditi računa da vam to ne promakne, ali i zadržati potpuno otvoren um.

Taj se post izvorno pojavio na web stranici Zaklade Kavli.