המונחים "חייזרי" ו"חוץ כדור הארץ" מקושרים לרוב לדמויות ביצירות מדע בדיוני. עם זאת, למרות שזה ספקולטיבי, ישנו ענף בביולוגיה שחוקר ושוקל את קיומם של חיים מחוץ לכדור הארץ: אקזוביולוגיה.
אבל איך אפשר לחקור אורגניזמים שקיומם לא הוכח? מה והיכן צריכים אקזוביולוגים לחפש כדי להבין אם יש חיים ביקום?
Lמשוואת drake
בשנת 1960 פרנק דרייק, אסטרונום אמריקאי, ערך את החקירה הראשונה במצפה הכוכבים הלאומי לרדיו אסטרונומיה, כדי לנסות לזהות אותות רדיו מתרבויות מחוץ לכדור הארץ. שנה לאחר מכן, דרייק ניסח משוואה המיושמת עד היום בתחום האקסוביולוגיה, שנועדה להעריך את מספר הציוויליזציות מחוץ לכדור הארץ בגלקסיה שלנו, המצוינת באות N.
משוואת דרייק לוקחת בחשבון מספר פרמטרים ומנוסחת באופן הבא:
הערכים של המשוואה
הערך הראשון הוא R *, שהוא קצב היווצרות הכוכבים בשביל החלב. לאחר מכן, יש לקחת בחשבון רק כוכבים הקשורים למערכות פלנטריות; אלה חייבים להיות בעלי התנאים הדרושים לארח חיים, דרישות שלא קל לספק והן מיוצגות בהתאמה f p y n e . F l מתאים לשבריר כוכבי הלכת שבהם חיים אמורים להתפתח, בעוד fi es חלקם שבהם החיים המתפתחים הם אינטליגנטיים.
לא רק שזה צריך להיות חכם, אלא המשתנה f cאומר שצורות החיים הללו חייבות להיות מסוגלות לפתח טכנולוגיה הפולטת אות רדיו לחלל. המשתנה האחרון הוא L, פרק הזמן שבו האותות אמורים להישלח. כפי שניתן לראות, המשתנים רבים וקשה לקבוע בדיוק כל ערך בודד, אז מדברים על הסתברות. עם זאת, ישנן הערכות ותוצאות שיכולות, לפחות תיאורטית, לתת ערך למשתנה N ותענה על השאלה.
פרשנויות ופתרונות
מאז הניסוח הראשון של המשוואה, מדענים רבים ניסו לפרט את התוצאה שלה. משנות ה-1960 ועד היום, הכלים המדעיים הזמינים לעיבוד ערכים התפתחו, אך המשוואה היא, למעשה, עדיין דרך לדון בנושא במונחים מדעיים, במקום לספק תשובות סופיות.
ההערכות האחרונות מניחות עד 23 תרבויות מחוץ לכדור הארץ (אקסוביולוגיה)
אבל אז למה מעולם לא הייתה לנו הוכחה לקיומו? זו בדיוק הדילמה המכונה פרדוקס פרמי, שלקח את שמו מהפיזיקאי האיטלקי שהציע זאת לראשונה, אנריקו פרמי. מכיוון שאין ודאות בהקשר זה, מדענים העוסקים באקסוביולוגיה כיום ניסו למקד את תשומת לבם בדרישות שצריכים להיות לאורגניזם כדי להתפתח, מבלי להוציא את הסביבות העוינות ביותר.
אקסוביולוגיה: תנאים לקיום חיים
כאשר מחפשים צורות חיים בחלל, ההנחה היא שהן נמצאות על כוכבי לכת בעלי מאפיינים דומים מאוד לאלו של כדור הארץ: שפע של מים, מקורות אנרגיה ומולקולות בסיסיות אחרות.
לפי אקסוביולוגים, אלו הן דרישות המינימום, אך עלינו לזכור שאיננו יכולים לקבוע בוודאות שהחיים מבוססים תמיד על אותן מולקולות זהות.
באופן כללי יותר, אנחנו אפילו לא בטוחים שזה יכול להיות להעלות השערה על נוכחות החיים אם קיימים כל המרכיבים שאנו נוטים לראות בהם הכרחיים: ממס נוזלי, מקור אנרגיה ומה שנקרא רכיבים בסיסיים, כלומר מולקולות בסיסיות, אורגניות ואי-אורגניות , שבשילוב זה עם זה מולידים מבנים מורכבים יותר. פרמטרים משתנים נוספים הם pH, טמפרטורה, לחץ, מליחות וקרינה. כוכבי לכת בעלי מאפיינים דומים לאלו של כדור הארץ נקראים יותר כוכבי לכת.
עם זאת, הודות לאורגניזמים הידועים כאקסטרמופילים, אנו יודעים שהחיים יכולים לשגשג לא רק על כוכבי לכת, אבל בכל מקום שבו קיימים תנאי המינימום.
כוכבי לכת אקזו-כוכבים ושנת אור
מה שאנחנו מכנים כוכבי לכת הם גרמי שמים שהם חלק ממערכת שמש, אצלנו או בגלקסיות אחרות. הם מסתובבים סביב השמש שלהם במרחק המאפשר נוכחות של מים נוזליים או ממיסים אחרים, אחת הדרישות החשובות ביותר להתפתחות החיים. לכוכבי הלכת האלה, כמו כדור הארץ, יכולות להיות שפע של סביבות שבהן התנאים הכימיים והפיזיקליים טובים לתמיכה בחיים. למרבה הצער, רובם נמצאים במרחק של כמה שנות אור ממערכת השמש שלנו.
El שנת אור הוא המרחק שעובר האור בשנה אחת. אור מהשמש מגיע אלינו תוך 8 וחצי דקות, עובר מרחק של 150 מיליון ק"מ. המרחק שעבר האור בשנה אחת (שנת אור) הוא בערך פי 63.000 מהמרחק שעברה השמש לכדור הארץ. אז 63 אלף כפול 150 מיליון ק"מ.
אקזוביולוגיה: פרוקסימה ב
הכי קרוב הוא פרוקסימה ב, הוא חלק ממערכת פרוקסימה קנטאורי בגלקסיה שלנו, שביל החלב. פרוקסימה b נמצאת במרחק של 4,2 שנות אור והיא כוכב הלכת השמיני בדמויות כדור הארץ לפי מדד ESI, סולם מדידה פיזי המשמש להשוואת כוכבי לכת אחרים לכדור הארץ. הערך של מדד זה הוא בין 0 (ללא דמיון) ל-1 (כוכב הלכת זהה לכדור הארץ) והוא מחושב על סמך הרדיוס, הצפיפות, מהירות הבריחה וטמפרטורת פני השטח. לפרוקסימה b יש ערך ESI של 0,87 והוא מציין שכוכב הלכת דומה מאוד לכדור הארץ. עם זאת, נתונים אלה אינם מספקים מידע על יכולת המגורים שלו.
לונות
החיפוש אחר חיים בחלל אינו מוגבל רק לכוכבי לכת חיצוניים, אלא משפיע גם על הלוויינים שלהם, הירחים. דוגמה אפשר למצוא ממש בתוך מערכת השמש שלנו. מאמינים כי ירח של שבתאי, enceladus, וירח של צדק, אירופה, פוטנציאל לנמל חיים.
המרחק מהשמש אנסלדוסהוא אינו מאפשר לו לקבל מספיק קרינת שמש כדי לחמם את עצמו, ולכן טמפרטורות פני השטח שלו נעות בין -128 מעלות צלזיוס ל-240 מעלות צלזיוס: בהחלט לא מקום שבו בדרך כלל מחפשים חיים. עם זאת, הודות לגשושית Cassini ניתן היה לקבוע כי מים ומולקולות אורגניות קיימות על הירח הקפוא הזה. ניתוחים הראו שחנקן, פחמן דו חמצני ומתאן נמצאים בסילוני אדי המים הנפלטים על פני השטח. מסיבה זו, מאמינים כי מתחת לפני השטח הקפואים יש שכבת מים בשפע, בה מומסות מולקולות שונות, האחראיות על הפעילות ההידרותרמית של המצע וגם על הגייזרים שעל פני השטח. אפשר לחשוב שתופעה זו מושפעת מהנוכחות ההיפותטית של אורגניזמים מתנוגניים.
בשנת 2018, כמה חוקרים ניסו לשחזר את התנאים של Enceladus באמצעות ניסוי, שהראה שהמיקרואורגניזם Methanothermococcus okinawensis יהיו לו המאפיינים האידיאליים לחיות ולייצר מתאן בשכבה הבסיסית. המסקנה של מחקר זה אומרת לנו שייתכן שאורגניזמים דומים מסוגלים לעשות זאת, ולכן למעשה נמצאים על אנצלדוס.
אילו חיידקים יכולים לחיות על כוכבי לכת אחרים?
מיקרואורגניזמים בעלי יכולות מסוימות מזוהים כאקסטרמופילים מכיוון שהם חיים לרוב בתנאים אוסרים על אורגניזמים מורכבים יותר. יש לציין שאורגניזמים אלו חיים בדרך כלל בתנאים אלו, ולכן ניתן לחשוב שהם שורדים ונמצאים גם בתרחישים מורכבים יותר.
המפורסם ביותר בעולם הביולוגיה הוא ללא ספק ה תרמוס אקווטיקוס, מסוגל לגדול בטמפרטורות של 75 מעלות צלזיוס; בזכותו ניתן היה לשפר משמעותית את שיטת הגברה של DNA. ישנם מיקרואורגניזמים רבים כאלה, שכל אחד מהם הסתגל לתנאי אחד או יותר, ובכך הפך לפוליאקסטרמופילי.
הנה כמה דוגמאות מרתקות:
- Picrophilus oshimae הוא חי בסולפט בתנאי pH חומציים מאוד עם ערך של 0,6 מתוך 14, חזק יותר מחומצה הידרוכלורית.
- Thermococcus piezophilus חי בתהום בלחץ של 125 Mpa, המקביל לכ-1275 ק"ג המופעל על שטח של סנטימטר אחד. אומת שמיקרואורגניזמים אחרים מצליחים להישאר פעילים מבחינה מטבולית אפילו בלחץ של 2000 Mpa;
- Halarsenatibacter silvermanii חי באגם בסיסי מאוד שבו ריכוזי מלח NaCl הם 35% מ"ג/ליטר;
- Deinococcus radioduran s, שנחשב עד כה למיקרואורגניזם המודל לחקר ההתנגדות לקרינה ולוואקום, פוליאקסטרמופיל המסוגל לשרוד את התנאים של כוכב הלכת מאדים.
יש חיים במאדים?
מאדים הוא כוכב הלכת הרביעי הרחוק ביותר מהשמש שלנו, לפני שהוא כדור הארץ. משימות רבות בוצעו בעשורים האחרונים כדי לחקור אותו ולערוך מחקר. ההתמדה של נאס"א היא החדשה ביותר, עדיין פעילה וצפוי להיכנס מחדש ב-2033.
נתוני הקרקע והתנאים על מאדים כרגע לא נראים מבטיחים לאקסוביולוגיה. בשנת 2003, צוות מחקר זיהה התאמה מבחינת הרכב הקרקע בין דגימת הקרקע שנאספה על ידי המשימה הוויקינגית לבין אדמה מאזור מרוחק במדבר אטקמה בצ'ילה, ולאחר מספר ניסיונות קבע כי הקרקע אינה מתאימה. לכל סוג של גידול אורגני. אז איפה בכל זאת אפשר לקוות למצוא עקבות חיים על מאדים?
חיים תת קרקעיים
תגלית משנת 2022 הניעה אקזוביולוגים בחיפושיהם אחר חיים מחוץ לכדור הארץ. אלו הם גבישים קטנים הנמצאים בתכלילי סלע במרכז אוסטרליה, המתוארכים ל-830 מיליון שנים. בתוך הגבישים הקטנים הללו זוהו תרכובות אורגניות ונוכחות של תאים פרוקריוטים ואיקריוטים שחיו שנשמרו בתוך מיקרו-סביבה זו. לדברי מומחים, יש להתייחס לסוגים אלה של משקעים, בין אם הם ממוצא יבשתי או מחוץ לכדור הארץ, כמארחים פוטנציאליים למיקרואורגניזמים עתיקים ותרכובות אורגניות. זה מציע חיפוש וחיפוש פוטנציאלי של אתר בכוכבי לכת אחרים: תת הקרקע.
בנוסף, בתת הקרקע התופעה של מִתפַּתֵל. תגובה כימית-פיזית המתרחשת בתנאי pH אלקליין ושתודות לאינטראקציה בין מים לסלעים, משחררת מימן, תרכובות פחמן אורגניות ואי-אורגניות. הסרפנטיניזציה, לפי אקסוביולוגים, נפוצה בגופים השמימיים של מערכת השמש, כולל הירחים, וחושבים גם שייתכן שהיא מילאה תפקיד חשוב על כדור הארץ, והעדיפה את חייהם של מיקרואורגניזמים ספציפיים.
מסקנות לגבי אקסוביולוגיה
המחקר באקסוביולוגיה עדיין נמשך, באוקטובר 2024 תשיק סוכנות התעופה והחלל של נאס"א משימה חדשה: CLIPPER. המטרה תהיה לחפש עקבות חיים ממטוסי קיטור הנפלטים על ידי אחד מהירחים הקפואים של צדק: אירופה.
נכון לעכשיו, אורגניזמים מחוץ לכדור הארץ מעולם לא זוהו, אך לא ניתן לשלול את קיומם האפשרי בקוסמוס. עם זאת, עלינו לקחת בחשבון שהחיים יכולים להתפתח בתנאים שונים לחלוטין מאלה שעל פני כדור הארץ, ולכן הם מסתגלים ומתפתחים בדרכים שאינן ידועות לנו. גילוי צורות חיים מחוץ לכדור הארץ יביא תשומת לב רבה מהקהילה המדעית לענף האקסוביולוגיה, ויפתח נתיבים שלא נחקרו עד כה.