Da li imamo planetarnu pristrasnost kada je u pitanju razumevanje gde život može da traje? Sasvim je prirodno da to radimo. Na kraju krajeva, mi smo na jednom.
Međutim, planete možda nisu neophodne za život, a par naučnika iz Škotske i SAD poziva nas da preispitamo tu ideju.
Fokusiramo se na planete kao staništa za život jer ispunjavaju uslove neophodne za opstanak života. Tečna voda, odgovarajuća temperatura i pritisak za održavanje u tečnom stanju i zaštita od štetnog zračenja su primarni zahtevi za fotosintetski život.
Ali šta ako druge sredine, čak i one koje održavaju sami organizmi, takođe mogu da obezbede ove potrebe?
U novom istraživanju objavljenom u časopisu Astrobiologi, istraživači ističu da ekosistemi mogu stvoriti i održavati uslove neophodne za sopstveni opstanak bez potrebe za planetom.
Rad je naslovljen „Samoodrživa životna staništa u vanzemaljskim sredinama“. Autori su Robin Vordsvort, profesor nauka o Zemlji i planeti na Harvardu, i Čarls Kokel, profesor astrobiologije na Fakultetu za fiziku i astronomiju Univerziteta u Edinburgu.
„Standardne definicije nastanjivosti pretpostavljaju da život zahteva prisustvo planetarnih gravitacionih bunara za stabilizaciju tečne vode i regulisanje površinske temperature“, pišu oni. „Ovde se procenjuju posledice popuštanja ove pretpostavke.
Vordsvort i Kokel pišu da biološki stvorene barijere i strukture mogu oponašati planetarne uslove koji omogućavaju život bez planete. Oni mogu pustiti svetlost za fotosintezu dok blokiraju UV svetlost. Oni takođe mogu sprečiti gubitak isparljivosti dok su u vakuumu i održavati temperaturu i opseg pritiska koji su potrebni da voda ostane u tečnom stanju.
„Biološki generisane barijere sposobne da prenesu vidljivo zračenje, blokiraju ultraljubičasto i izdrže temperaturne gradijente od 25-100 K i razliku pritiska od 10 kPa u odnosu na vakuum svemira mogu omogućiti useljive uslove između 1 i 5 astronomskih jedinica u Sunčevom sistemu“, oni pisati.
„Da bismo razumeli ograničenja života izvan Zemlje, možemo početi tako što ćemo razmotriti zašto je naša matična planeta uopšte dobro stanište za život“, pišu autori.
Zemlja čini više od samo obezbeđivanja tečne vode i zaštite od zračenja. To je čitav sistem sa slojevima složene interakcije.
Površina planete je izložena lako dostupnom izvoru energije sa Sunca koji pokreće celu biosferu. Elementi za koje smatramo da su neophodni za život su dostupni, iako ponekad ograničeni: ugljenik, vodonik, azot, kiseonik, fosfor i sumpor. Oni kruže kroz biosferu putem vulkanizma i tektonike ploča i ponovo postaju dostupni.
Zemlja takođe oksidira u atmosferi i na površini, a smanjuje se u drugim regionima kao što su sedimenti i duboko podzemlje. Ovo omogućava „iskorišćenje redoks gradijenata u metaboličke svrhe“, objašnjavaju autori.
Ti uslovi ne postoje drugde. Astrobiologija cilja zaleđene mesece Sunčevog sistema zbog njihovih toplih, slanih okeana. Ali da li imaju cikluse hranljivih materija?
Objekti male mase u spoljašnjem Sunčevom sistemu imaju veliku površinu, ali je energija Sunca slaba. Malo je verovatno da će moći da zadrže svoju atmosferu, tako da su tačan pritisak i temperatura za vodu u tečnom stanju nedostižni. Takođe su nezaštićeni od UV zračenja i kosmičkih zraka.
„Da bi opstao izvan Zemlje“, pišu autori, „bilo koji živi organizam mora da se modifikuje ili prilagodi svom okruženju dovoljno da savlada ove izazove“.
Autori pišu da biološki materijali ovde na Zemlji to već mogu. Moguće je da bi ekosistemi mogli da stvore uslove za sopstveni opstanak, a ako fotosintetički život to može da uradi u vakuumu svemira, onda bismo to mogli i mi. To bi bila velika korist za istraživanje svemira ljudi.
Počinje sa vodom, a kada je u pitanju voda u tečnom stanju, naučnici se pozivaju na njenu trostruku tačku. Trostruka tačka je termodinamička referentna tačka koja objašnjava fazne prelaze i kako se voda ponaša pod različitim pritiscima i temperaturama.
„Minimalni pritisak potreban za održavanje tečne vode je trostruka tačka: 611,6 Pa na 0°C (273 K)“, objašnjavaju istraživači. Taj broj raste na nekoliko kPa između 15 i 25 Celzijusa.
Cijanobakterije mogu rasti sa pritiscima u vazdušnom prostoru od 10 kPa, sve dok su svetlost, temperatura i pH u pravim opsegima. Pitanje je da li bilo koja živa bića za koja znamo stvaraju zidove koji mogu da održe 10 kPa?
„Razlike unutrašnjeg pritiska reda 10 kPa lako se održavaju biološkim materijalima i zapravo su uobičajene u makroskopskim organizmima na Zemlji“, pišu autori. „Povećanje krvnog pritiska od glave do stopala čoveka visokog 1,5 m iznosi oko 15 kPa.
Morske alge takođe mogu da izdrže unutrašnje pritiske plutajućih nodula od 15-25 kPa oslobađanjem CO 2 iz fotosinteze.
Temperatura je sledeće pitanje kada je u pitanju tečna voda. Zemlja održava svoju temperaturu kroz atmosferski efekat staklene bašte. Ali mala stenovita tela, na primer, verovatno neće ovo ponoviti.
„Dakle, biološki generisano stanište mora postići isti efekat putem fizike čvrstog stanja“, pišu autori.
Dolazna energija i odlazeća energija moraju biti izbalansirane, a neki organizmi na Zemlji su evoluirali da održe ovu ravnotežu.
„Saharski srebrni mravi, na primer, razvili su sposobnost da poboljšaju i svoju površinsku blisku infracrvenu refleksiju i toplotnu emisivnost, omogućavajući im da prežive na temperaturama okoline iznad opsega svih drugih poznatih zglavkara“, pišu Vordsvort i Kokel. Omogućava im da prežive tražeći hranu u vrućini dana kada predatori moraju da se drže podalje od Sunca.
Ljudi su napravili silicijumske aerogele izuzetno niske gustine i toplotne provodljivosti. Iako ne postoje direktni biološki ekvivalenti, autori pišu da „mnogi organizmi postoje u prirodi koji proizvode složene strukture silicijum dioksida“.
U stvari, neke dijatomeje mogu proizvesti strukture silicijum dioksida manipulišući česticama silicijum-dioksida manjim od onih koje se koriste u našim proizvodnim procesima. Aerogelovi proizvedeni od organskih materijala imaju slične karakteristike kao i veštački.
„S obzirom na ovo, moguće je da se visokoizolacioni materijali mogu veštački proizvesti od biogenih sirovina ili čak direktno od živih organizama“, pišu autori.
Autori su izračunali da ove vrste struktura mogu održavati odgovarajuću temperaturu i pritisak za održavanje tečne vode.
„Kao što se može videti, održavanje unutrašnje temperature na 288 K moguće je za širok opseg orbitalnih rastojanja“, objašnjavaju oni. „Ova kalkulacija pretpostavlja slobodno plutajuće stanište, ali slična razmatranja se odnose na staništa na površini asteroida, meseca ili planete.“
Promenljivi gubitak je još jedan problem. Stanište koje ne može da zadrži svoju atmosferu ne može održati temperaturu i pritisak neophodne za vodu u tečnom stanju.
„Svi materijali imaju određenu propustljivost za atome i male molekule, a tokom dugih vremenskih razmaka, vakuum svemira predstavlja u suštini stalni sudoper za isparljive vrste“, objašnjavaju autori.
Ovo se može rešiti istim barijerama koje održavaju pritisak i temperaturu. „Inhibicija isparljivog bekstva najlakše bi se postigla istim delom zida staništa koji je odgovoran za održavanje razlike pritiska neophodnog za stabilizaciju tečne vode“, pišu autori.
Autori razmatraju i efekte UV zračenja. Radijacija može biti smrtonosna, ali postoje primeri života ovde na Zemlji koji su evoluirali da bi to shvatili.
„Međutim, lako ga blokiraju jedinjenja kao što su amorfni silicijum dioksid i redukovano gvožđe, koji danas prigušuju UV u silicifikovanim biofilmima i stromatolitima bez blokiranja vidljivog zračenja potrebnog za fotosintezu“, pišu oni.
Dostupnost solarne energije za fotosintezu verovatno nije velika prepreka u mnogim delovima Sunčevog sistema. Autori ističu da arktičke alge rastu na izuzetno slabom svetlu ispod leda.
Neka vrsta ciklusa hranljivih materija bi bila potrebna, baš kao na Zemlji. „Dugoročno, dodatno razmatranje je sposobnost ekosistema zatvorene petlje da obrađuje otpadne proizvode kao što su neposlušne organske materije i da održava unutrašnje redoks gradijente“, objašnjavaju autori.
Ekstremna toplota u unutrašnjosti Zemlje to postiže, ali bez tih ekstrema, „potpuno zatvoren ekosistem u svemiru bi zahtevao unutrašnju partmentalizaciju da bi se uspostavili hemijski gradijenti i specijalizovana biota sposobna da razbije neposlušne otpadne proizvode“, pišu oni.
U svom radu, autori pokrivaju druge faktore poput veličine ćelije i faktora koji ograničavaju veličinu jednoćelijskih organizama i većih, složenijih organizama. Oni zaključuju da se ne mogu isključiti potpuno autonomna životna staništa.
„Ipak, potpuno autonomni sistem sposoban za regeneraciju i rast očigledno nije zabranjen bilo kakvim fizičkim ili hemijskim ograničenjima i stoga je zanimljivo razmotriti malo dalje“, pišu oni.
Moguće je sve dok sistem može da regeneriše svoje zidove. Autori ističu da postojeći fotosintetski život već može proizvesti amorfni silicijum i organske polimere. Ovi materijali mogu poslužiti kao zidovi i barem pokazati da postoji put kojim bi organizmi mogli evoluirati kako bi stvorili zidove staništa.
„Autonomnije životno stanište bi moglo da uzgaja sopstveni zidni materijal, baš kao što biljne ćelije regenerišu sopstvene zidove na mikrometarskoj skali“, objašnjavaju oni.
Skloni smo da mislimo da ako život postoji negde drugde, on sledi isti evolucioni put kao i ovde na Zemlji, ali to možda nije tačno. „Pošto je evolucija života na drugim mestima možda pratila veoma različite puteve od onih na Zemlji, živa staništa bi takođe mogla postojati izvan tradicionalnih nastanjivih okruženja oko drugih zvezda, gde bi imala neobične, ali potencijalno detektivne biosignature“, pišu autori.
Autori se pitaju: „Da li bi vrsta bioloških struktura o kojima ovde raspravljamo mogla da evoluira prirodno, bez inteligentne intervencije?“ Oni tvrde da bezosećajni život može da izdrži sve uslove neophodne za opstanak u vanzemaljskom okruženju.
„Život na Zemlji to još nije učinio, iako se sigurno vremenom prilagodio sve širem spektru uslova životne sredine“, zaključuju oni. „Istraživanje verodostojnosti različitih evolucionih puteva za život pod alternativnim planetarnim graničnim uslovima biće zanimljiva tema za buduća istraživanja.“
