Hur kan astrobiologer hitta utomjordiskt liv? I vardagen har vi vanligtvis inga problem att säga att en hund eller en rosenbuske är en levande varelse och att en sten inte är det. I filmens klimatscene ' Europarapport ’ vi kan med ett ögonkast se att varelsen med flera tentakler som upptäckts att simma i havet av Jupiters måne Europa är levande, komplicerad och troligen intelligent.
Men såvida inte något simmar, går, kryper eller glider förbi kamerorna på en tittande rymdfarkost, står astrobiologer inför ett mycket tuffare jobb. De måste utarbeta tester som gör det möjligt för dem att sluta sig till förekomsten av främmande mikrobiellt liv från rymdskeppsdata. De måste kunna känna igen fossila spår av tidigare främmande liv. De måste kunna avgöra om atmosfärerna på avlägsna planeter som kretsar runt andra stjärnor innehåller spår av okända livsformer. De behöver sätt att sluta sig till livets närvaro från kunskap om dess egenskaper. En definition av livet skulle berätta för dem vad dessa egenskaper är och hur de ska leta efter dem. Detta är den första i en serie i två delar som utforskar hur vårt livsuppfattning påverkar sökandet efter utomjordiskt liv.
Vad är det som skiljer levande varelser? I århundraden har filosofer och vetenskapsmän sökt ett svar. Filosofen Aristoteles (384-322 f.Kr.) ägnade mycket arbete åt att dissekera djur och studera levande varelser. Han antog att de hade distinkta speciella kapaciteter som skiljer dem från saker som inte är vid liv. Inspirerad av sin tids mekaniska uppfinningar, trodde renässansfilosofen Rene Descartes (1596-1650) att levande varelser var som urverksmaskiner, deras speciella kapacitet härrörde från hur deras delar var organiserade.
1944 skrev fysikern Erwin Schrödinger (1887-1961)Vad är livet? I den föreslog han att livets grundläggande fenomen, inklusive till och med hur föräldrar överför sina egenskaper till sin avkomma, skulle kunna förstås genom att studera fysik och kemi hos levande varelser. Schrödingers bok var en inspiration till vetenskapen om molekylärbiologi.
Levande organismer är gjorda av stora komplicerade molekyler med ryggrad av sammanlänkade kolatomer. Molekylärbiologer kunde förklara många av livets funktioner i termer av dessa organiska molekyler och de kemiska reaktioner de genomgår när de löses upp i flytande vatten. 1955 upptäckte James Watson och Francis Crick strukturen hos deoxiribonukleinsyra (DNA) och visade hur det kunde vara ett förråd av ärftlig information som överfördes från förälder till avkomma.
Även om all denna forskning och teoretisering avsevärt har ökat vår förståelse av livet, har det inte producerat en tillfredsställande definition av livet; en definition som skulle tillåta oss att på ett tillförlitligt sätt skilja saker som är levande från saker som inte är det. 2012 hävdade filosofen Edouard Mahery att det var både omöjligt och meningslöst att komma på en enda definition av livet. Astrobiologer klarar sig så gott de kan med definitioner som är partiella och som har undantag. Deras sökande är betingat av vår kunskap om de specifika egenskaperna hos livet på jorden; det enda livet vi känner för närvarande.
Här på jorden är levande saker utmärkande i sin kemiska sammansättning. Förutom kol är grundämnena väte, kväve, syre, fosfor och svavel särskilt viktiga för de stora organiska molekylerna som utgör livet på jorden. Vatten är ett nödvändigt lösningsmedel. Eftersom vi inte säkert vet vad mer som kan vara möjligt, antar sökandet efter utomjordiskt liv vanligtvis att dess kemiska sammansättning kommer att likna livet på jorden.
Med hjälp av det antagandet ger astrobiologer hög prioritet åt sökandet efter vatten på andra himlakroppar. Bevis för rymdskepp har bevisat det Mars hade en gång kroppar av flytande vatten på sin yta . Att bestämma historien och omfattningen av detta vatten är ett centralt mål för Mars-utforskningen. Astrobiologer är upphetsade av bevis på underjordiska oceaner av vatten Jupiters måne Europa , Saturnus måne Enceladus , och kanske vidare andra månar eller dvärgplaneter . Men även om närvaron av flytande vatten innebär förhållanden som är lämpliga för jordliknande liv, bevisar det inte att sådant liv existerar eller någonsin har funnits.
Jupiters iskalla måne Europa verkar vara värd för flytande vatten, en nödvändig förutsättning för livet som vi känner det på jorden. Dess yta är täckt med en skorpa av vattenis. Rymdskepparna Voyager och Galileo har visat att det under denna isiga skorpa finns ett hav av saltvatten som innehåller mer flytande vatten än jordens alla hav. Europas inre värms upp av gravitationella tidvattenkrafter som utövas av jätten Jupiter. Denna värmeenergi kan driva vulkanism, hydrotermiska ventiler och produktion av kemiska energikällor som levande varelser kan använda sig av. Interaktion mellan material från Europas yta och havsmiljön under kan göra tillgängligt kol och andra kemiska element som är nödvändiga för jordliknande liv.
Kredit: NASA/Jet Propulsion Laboratory, SETI Institute
Organiska kemikalier är nödvändiga för jordliknande liv, men när det gäller vatten bevisar deras närvaro inte att liv existerar, eftersom organiska material också kan bildas genom icke-biologiska processer. 1976 var NASA:s två vikingalandare de första rymdfarkosterna som gjorde fullt framgångsrika landningar på Mars. De bar ett instrument; kallas gaskromatograf-masspektrometer, det testade jorden för organiska molekyler .
Även utan liv förväntade sig forskare att hitta en del organiskt material i Mars-jorden. Organiska material som bildas av icke-biologiska processer finns i kolhaltiga meteoriter, och några av dessa meteoriter borde ha fallit på Mars. De blev förvånade över att inte hitta något alls. Vid den tiden ansågs misslyckandet med att hitta organiska molekyler vara ett stort slag mot möjligheten till liv på Mars.
2008 upptäckte NASA:s Phoenix-landare en förklaring till varför Viking inte upptäckte organiska molekyler. Om funnit att Marsjord innehåller perklorater . Perklorater innehåller syre och klor och är oxidationsmedel som kan bryta ner organiskt material. Medan perklorater och organiska molekyler kunde samexistera i Mars mark, fastställde forskare att uppvärmning av jorden för vikingaanalysen skulle ha fått perkloraterna att förstöra allt organiskt material som det innehöll. Marsjord kan trots allt innehålla organiskt material.
Vid en nyhetsbriefing i december 2014 meddelade NASA att ett instrument som bars ombord på Curiosity Mars rover hade lyckats upptäcka enkla organiska molekyler på Mars för första gången. Forskare tror att det är möjligt att de upptäckta molekylerna kan vara nedbrytningsprodukter av mer komplexa organiska molekyler som bröts ned av perklorater under analysprocessen.
1996 tillkännagav ett team av forskare under ledning av Dr. David McKay från NASA:s Johnson Space Center möjliga bevis på liv på Mars. Bevisen kom från deras studier av en Mars-meteorit som hittats i Antarktis, kallad Alan Hills 84001. Forskarna hittade kemiska och fysiska spår av möjligt liv inklusive karbonatkulor som liknar terrestra nanobakterier (elektronmikrograf visas) och polycykliska aromatiska kolväten. I terrestra berg skulle de kemiska spåren betraktas som nedbrytningsprodukter från bakterieliv. Fynden blev föremål för kontroverser eftersom icke-biologiska förklaringar till fynden hittades. Idag betraktas de inte längre som ett definitivt bevis på livet på mars.
Medverkande: NASA Johnson Space Center
Den kemiska sammansättningen av liv på jorden har också styrt sökandet efter spår av liv i marsmeteoriter. 1996 rapporterade ett team av utredare under ledning av David McKay från Johnson Space Center i Houston bevis på att en marsmeteorit som hittades vid Alan Hills i Antarktis 1984 innehöll kemiska och fysiska bevis på tidigare liv på mars .
Det har sedan dess funnits liknande påståenden om andra marsmeteoriter . Men icke-biologiska förklaringar till många av fynden har föreslagits, och hela ämnet har förblivit indraget i kontroverser. Meteoriter har hittills inte gett den typ av bevis som behövs för att bevisa existensen av utomjordiskt liv bortom rimligt tvivel.
Efter Aristoteles föredrar de flesta forskare att definiera livet i termer av dess kapacitet snarare än dess sammansättning. I den andra delen kommer vi att utforska hur vår förståelse av livets kapacitet har påverkat sökandet efter utomjordiskt liv.
Referenser och vidare läsning:
N. Atkinson (2009) Perklorater och vatten skapar en potentiell beboelig miljö på Mars , Universum idag.
S. A. Benner (2010), Att definiera livet ,Astrobiologi10 (10): 1021-1030.
E. Machery (2012), Varför jag slutade oroa mig för definitionen av liv...och varför du också borde,syntes185:145-164.
L. J. Mix (2015), Försvara definitioner av livet ,Astrobiologi, 15(1) publiceras på nätet före publicering.
T. Reyes (2014) NASA:s Curiosity Rover upptäcker Metan, Organics på Mars , Universum idag.
S. Tirard, M. Morange och A. Lazcano, (2010), The definition of life: A short history of an elusive scientific endeavour,Astrobiologi, 10 (10): 1003-1009.
Hittade Viking Mars-landare livets byggstenar? Saknad bit inspirerar till en ny titt på pussel. Science Daily Featured Research 5 september 2010
NASA rover hittar aktiv och uråldrig organisk kemi på Mars , Jet Propulsion laboratory, California Institute of Technology, News, 16 december 2014.
Europa: Ingredienser för livet? , National Aeronautics and Space Administration.