كوكب للتجريب: كيف يستخدم العلماء الأرض للبحث عن حياة غريبة

اليوم، يقتصر البحث عن الحياة الفضائية فقط على القدرات التكنولوجية للبشرية. على

تم إرسال أقرب كوكب المريخ إلى الأرض مؤخرًا بواسطة مسبارإنسايت، التي بثت ناسا هبوطها على الهواء مباشرة. لا يهتم علماء الأحياء الفلكية بالكوكب الأحمر في النظام الشمسي فحسب. تشمل دائرة الأجرام السماوية التي يحتمل أن تكون "صالحة للسكن" كوكب الزهرة، وقمر المشتري يوروبا، وإنسيلادوس، وتيتان التي تدور حول زحل - وقد تحتوي على كائنات حية دقيقة أو آثار حياة كانت موجودة في السابق.

تسمى الظروف على هؤلاء الجيران البعيدين للأرضأقصى الحدود. لا تسمح درجة حرارة كوكب الزهرة باستكشاف السطح الساخن للكوكب ، والذي يتم تسخينه إلى 470 درجة مئوية ، وعدم إمكانية الوصول إلى أوروبا ، ويصبح Enceladus و Titan عقبة أكبر أمام العلماء: يتم التخطيط لإطلاق أقرب مسبار إلى أوروبا في عام 2025 ، ولم يتم بعد حل مشكلة مشاريع مماثلة لسواتل أخرى على الإطلاق.

التحقيق في البصر على سطح المريخ. الصورة: ناسا

التلسكوبات الفضائية الثقيلة المكتشفةكواكب الإنسانية الموجودة خارج النظام الشمسي. تم استبدال كبلر الشهير بواسطة التلسكوب المحسّن خارج الكواكب SPECULOOS ، والذي سيتلقى صورًا مفصلة عن أسطح أقرب الكواكب الخارجية والكواكب الخارجية الصغيرة. تم العثور على أشياء فلكية من هذا النوع أيضًا خارج مجرتنا - استخدم علماء من جامعة أوكلاهوما الإقراض الدقيق للكشف عن مجموعات الكواكب الخارجية على مسافة 3.8 مليار سنة ضوئية.

الكواكب الخارجية- الكواكب التي تدور حول نجوم غيرشمس. اليوم، يعرف العلماء أن هناك ما يقرب من 100 مليار من هذه الكواكب الخارجية في مجرة ​​درب التبانة، وما يصل إلى 20 مليار منها قد تكون مشابهة للأرض.

على الرغم من الكم الهائل من المحتملالكواكب المأهولة ، لم يتم تسهيل مهمة العثور على حياة خارج كوكب الأرض. قام فريق من علماء الفلك في جامعة ولاية واشنطن برئاسة ديرك شولز ماكوش بتطوير خطة تصنيف خاصة للكواكب الخارجية المصممة لتسهيل الفهرسة - صيغة مؤشر مؤشر الكواكب الحي (PHI) ، والتي تأخذ في الاعتبار صلابة سطح الكوكب والغلاف الجوي المحتمل ومصدر الطاقة والتركيب الكيميائي للبيئة. تكمن المشكلة في أنه لا يمكن للعلماء الحصول على بيانات حول غلاف كوكب خارجي أو كوكب خارج المجموعة الشمسية ، أو وجود أو عدم وجود مياه سائلة ، وأخيراً ، عناصر عضوية ممكنة على سطح الكائن أو أسفله.

ومع ذلك، فإن علماء الفلك إيجابية وطرح فرضيات حول الأحاسيس الوشيكة على المستوى الكوني. وهذه الثقة ليست نتيجة استكشاف الفضاء، بل استكشاف الأرض. توجد بالفعل الظروف اللازمة لمحاكاة البيئات الخارجية غير الودية على الكوكب الأصلي للناس.

تدمير الحياة ظهرت مرة واحدة على هذا الكوكب ، فإنه من الصعب. متطلبات الحفاظ على أبسط الأشكال بسيطة: المياه ، مصدر دائم للطاقة ، وكونها في حزام من الموائل الكوكبية.

الاهتمام الرئيسي للعلماء موجه إلى مجال العتائقوالتي تشمل الكائنات الحية المتطرفة. هذا النوع قادر على البقاء على قيد الحياة في درجات حرارة منخفضة وعالية للغاية، في البيئات القلوية والحمضية. وتعيش مثل هذه البكتيريا، على سبيل المثال، في بحيرة فوستوك تحت الجليدية، حيث يمكن مقارنة الضغط ودرجة الحرارة بمؤشرات مماثلة في محيط أوروبا.

هل يعيش المتطرفون في الفضاء - مفتوحسؤال، لكن وجود الماء على الأجسام الفلكية أمر مطمئن للعلماء. في السنوات الخمس المقبلة، لن يحصل العلماء على عينات ثمينة من الجليد أو التربة من عوالم يحتمل أن تكون صالحة للسكن، لذا تستمر تجارب الكشف عن الكائنات الحية الدقيقة في أماكن يمكن بسهولة الخلط بين الأرض وعالم غريب.

الطائرات و ستراتوستاتس فينوس

لقد أثبت العلماء أن البكتيريا قادرة على الطيران أوحتى ترتفع ، على سبيل المثال ، في الطبقة الثانية من الغلاف الجوي للأرض - الستراتوسفير. إذا وجد الشخص نفسه في مثل هذه المساحة ، فمن غير المرجح أن يكون قادرًا على العيش لفترة طويلة - حيث ترتفع البيئة الباردة والجافة على بعد 10 إلى 50 كم من سطح الأرض. درجات الحرارة - 56 درجة مئوية والرياح النفاثة بسرعة 160 كم / ساعة تجعل طبقة الستراتوسفير غير مناسبة للحياة. لن ينجح التنفس أيضًا: إن الأوزون يؤوي العالم الأرضي بأكمله من الأشعة فوق البنفسجية من الفضاء ، ولكن فوق طبقة الأوزون ، على مسافة 32 كم من سطح الكوكب ، لا توجد حماية مماثلة. يبدو أنه حتى المتطرفين ليس لديهم ما يفعلونه في الستراتوسفير للأرض.

يقول علماء الأحياء عكس ذلك.تم إجراء الأبحاث على الكائنات الحية الدقيقة في الطبقات العليا من الغلاف الجوي منذ الثلاثينيات، وكانت تتطلب في السابق موارد مالية وبشرية أكبر بكثير. حلق الطيار تشارلز ليندبيرغ إلى السماء فوق المحيط الأطلسي لأخذ عينات من الغلاف الجوي - خلال مثل هذه "الطلعات الجوية" كانت الطائرة أحادية السطح تسيطر عليها زوجة الطيار. تعتبر الطائرات مناسبة تمامًا للغلاف الجوي العلوي، لكنها لا تستطيع التحليق أعلى في طبقة الستراتوسفير والميزوسفير. التدفقات الأقل كثافة ببساطة لا تحمل الأجهزة.

في السبعينيات، كانت تقنيات دراسة الستراتوسفيرتحسين. بدأ إطلاق البالونات والصواريخ في السماء - لقد "تلقوا" حرفيًا قذيفة هوائية ثم أعادوها إلى الأرض. ولم تكن النتائج المبكرة موثوقة: إذ لم يتم تعقيم الأجهزة. يواجه العلماء المعاصرون مهمة تأكيد وتوضيح بيانات القرن العشرين.

يستكشف ديفيد سميث، عالم الأحياء الفلكية في وكالة ناساالستراتوسفير والغلاف الجوي العلوي. يتم جمع البيانات البيئية باستخدام طائرة جلف ستريم III القادرة على الوصول إلى ارتفاعات الستراتوسفير. يقوم جهاز أخذ العينات المتتالي بدفع الهواء من خلال ألواح صدمية رفيعة ذات ثقوب مجهرية. مبدأ هذه الطريقة يشبه الغربال: يستقر الغبار والكائنات الحية الدقيقة على الألواح ويتم تسليمها إلى الأرض.

ويعتقد سميث نفسه أن الكائنات الحية الدقيقة لا تستطيع ذلكتنمو أو تتكاثر على ارتفاع الستراتوسفير: بارد جدًا وجاف. لكن هذه البيئة مناسبة تمامًا "للحفظ": فالكائنات الحية تعيش على بعد 10 إلى 50 كيلومترًا من الأرض. البقاء في مكان واحد، والسفر في تيارات الهواء المخلخل، والوصول إلى طبقة التروبوسفير، والكائنات الحية الدقيقة "تنتظر" العودة إلى البيئة المريحة للكوكب.

يمكنك استكشاف الغلاف الجوي العلوي دون طائرة. ستراتوستات - جهاز خاص من نوع الإيروستات قادر على رفع شخص إلى أوج طبقة الستراتوسفير.

تم تصميم أول بالون الستراتوسفير من قبل سويسريأوغست بيكارد لدراسة الأشعة الكونية. قام العالم بأول رحلة على الجهاز الجديد في عام 1931، ولكن خلال ما يقرب من 100 عام من تاريخه، لم يخرج الجهاز بعد من صندوق أدوات البحث.

اكتشف علماء من جامعة شيفيلدالكائنات الحية الدقيقة التي جلبت إلى الأرض من الستراتوسفير. في عام 2013 ، أطلق فريق من الباحثين بالونًا خاصًا يصل ارتفاعه إلى 27 كم ، وفي ذلك الوقت ، عندما أمطار دش نيزك بيرسيد على الأرض.

وتبين أن حجم الجزيئات التي جلبها بالون الستراتوسفير كان كذلككبيرة جدًا لدرجة أن اكتشافها في مرتفعات الستراتوسفير كان بمثابة مفاجأة. يكاد يكون من المستحيل أن يتم إحضارها من الأرض: لم تحدث مثل هذه الانفجارات البركانية القوية في السنوات الثلاث الماضية. يعتقد عالم الأحياء ميلتون وينرايت أن فرضية الأصل الغريب لهذه الكائنات الحية الدقيقة ممكنة تمامًا.

نظرية البسبرميا- فرضية أصل الحياة الأرضية. يشرح ظهور الحياة على الأرض بفضل مذنب معين جلب الكائنات الحية الدقيقة الأولى إلى الكوكب.

النتائج التي حصل عليها فريق Wainwrightتغيير الأفكار حول الحياة - تواصل الوصول إلى الأرض من الفضاء الخارجي. لم تؤكد نتائج تجزئة النظائر على استنتاجات مشجعة: تبين أن نسبة نظائر الكائنات الحية الدقيقة هي نفسها بالنسبة لعينات الأرض. ومع ذلك ، فإن هذه التجربة تثبت أن البكتيريا تعيش في الستراتوسفير.

جو فينوسى

في أعقاب حمى الفضاء العامة في الستينياتاقترح عالم الفلك والعلم المشهور كارل ساجان أن الغلاف الجوي العلوي لكوكب الزهرة قد يخفي بقايا الكائنات الحية الدقيقة التي كانت موجودة ذات يوم على السطح البارد للكوكب. اليوم، لن تتمكن البكتيريا من البقاء على قيد الحياة على سطح ساخن باستمرار بسبب ظاهرة الاحتباس الحراري على كوكب الزهرة - حيث تصل درجات الحرارة إلى 465 درجة مئوية، والضغط الجوي أعلى 92 مرة من الضغط الجوي على الأرض.

لكن التجارب الأرضية في طبقة الستراتوسفير تساعدإثبات فرضية وجود الحياة على كوكب الزهرة. ولكن في السحب. تفيد دراسة حديثة نشرت في مجلة Astrobiology أن درجة الحرارة والضغط والتركيب الكيميائي للغلاف الجوي على بعد 48 كم من سطح الكوكب مناسبة لبقاء مستعمرات ضخمة من البكتيريا الغريبة.

تصل درجة الحرارة في طبقة الستراتوسفير لكوكب الزهرة60 درجة مئوية- حار، ولكن صالحة للعيش. يتوقف الضغط عند 775 ملم زئبق. فن.

وفي الوقت نفسه، التركيب الكيميائي للطبقات العليا من كوكب الزهرةأكثر حمضية من الأرض: حمض الكبريتيك وثاني أكسيد الكربون وقطرات الماء. بالنسبة للمتطرفين مثل أولئك الذين يعيشون على الأرض، حتى مثل هذه الظروف لن تبدو قاتلة. إذا أثبتت الحياة على الأرض أي شيء، فهو أنها تعيش في أكثر الأماكن غير المتوقعة - في الينابيع المغلية وتحت جليد التربة الصقيعية. يقول راكيش موغول، المؤلف المشارك في الورقة البحثية عن الحياة على كوكب الزهرة: "على الأرض، يمكن للحياة أن تزدهر في ظروف حمضية للغاية، ويمكن أن تتغذى على ثاني أكسيد الكربون، أو يمكن أن تنتج حمض الكبريتيك من تلقاء نفسها". لذلك، فإن التخمين حول الأصل الغريب للميكروبات التي استقرت على الأرض لا يبدو رائعًا.

صور من كوكب الزهرة تظهر البقع الداكنة في الغلاف الجويالكواكب. يغيرون الشكل والحجم والموضع ، ولكن لا تختفي تمامًا. تظهر التحليلات الحديثة أن البقع مصنوعة من نقاط تتوافق مع حجم البكتيريا الأرضية. كما أن أطياف الضوء التي تمتصها جسيمات كوكب الزهرة مماثلة لأطياف البكتيريا الأرضية نفسها.

البحوث تحت الماء

فوائد في دراسة الحياة الغريبةليس فقط البحيرات تحت الجليدية في القطب الجنوبي، ولكن أيضًا الخزانات الجليدية في تشيلي. وفي جبال الأنديز، على بحيرتي لاجونا نيجرا ولو إنكاسادو، يقوم العلماء باختبار أجهزة للكشف عن الكائنات الحية الدقيقة. تحتوي مياه الأنديز على القليل من العناصر الغذائية، وتخترق الشمس المسطحات المائية بالأشعة فوق البنفسجية. هذه البحيرات هي مقابر حقيقية، لأن آثار الكائنات الحية الدقيقة التي كانت تعيش في السابق تستقر في القاع على شكل جزيئات حيوية. كشفت دراسة حديثة نشرت في مجلة Astrobiology كيف يمكن للحفريات الدقيقة أن تساعد في اكتشاف البكتيريا على المريخ أو تيتان.

البحيرات الجبلية العالية في جبال الأنديز تحمل الباحثين إلىالماضي المريخ ، حيث يعتقد أن البحيرات بالماء السائل تعرضت لنفس الأشعة فوق البنفسجية. لذلك ، يمكن للبكتيريا المريخية أن تتكيف مع الأشعة مثل الكائنات الدقيقة التشيلية.

للحصول على الجزيئات الحيوية، يتم استخدام LChip -شريحة مستشعر حيوي تحتوي على 450 جسمًا مضادًا تكتشف البروتينات أو الحمض النووي من الحياة القديمة أو الحديثة. هذا هو الجزء الرئيسي من جهاز كاشف علامات الحياة (SOLID)، الذي يجمع ما يصل إلى 2 جرام من التربة والجليد. ويجري فحصهم للمواد الحيوية. الأداة مريحة لأنه يمكن فك رموز النتائج في الميدان.

في الرواسب من القاع، تم العثور على بكتيريا مختزلة للكبريتات، وعتائق منتجة للميثان، ومواد بوليمر خارجية - منتجات بكتيريا غاما بروتيوباكتريا.

البروفيسور دون كوان، الباحث الميكروبييقول دكتوراه في علم البيئة من جامعة بريتوريا في جنوب أفريقيا: "يمكن لجميع نتائج الأبحاث أن تساعد في تحديد العناصر نفسها في العينات الفلكية الحيوية من المريخ، والتي من شأنها أن تقدم دليلاً على وجود حياة غريبة". كلما اتسعت مكتبة المؤشرات الحيوية، زادت دقة دراسات العينات الغريبة. يتم تحديد النتائج العالمية: كيفية الحفاظ على البكتيريا، وكيفية تفاعلها مع الإشعاع والبيئة. ويتم استخدام المعلومات الجديدة لتحسين الاختبارات التي تكتشف الحياة.