De termen "alien" en "buitenaards" worden vaak geassocieerd met personages in sciencefictionwerken. Hoewel het speculatief is, is er een tak van de biologie die het bestaan van buitenaards leven onderzoekt en overweegt: exobiologie.
Maar hoe is het mogelijk om organismen te bestuderen waarvan het bestaan niet bewezen is? Wat en waar moeten exobiologen kijken om te begrijpen of er leven in het universum is?
Lnaar Drake-vergelijking
In 1960 voerde Frank Drake, een Amerikaanse astronoom, het eerste onderzoek uit bij het National Radio Astronomy Observatory, om te proberen radiosignalen van buitenaardse beschavingen te detecteren. Een jaar later formuleerde Drake een vergelijking die nog steeds wordt toegepast op het gebied van exobiologie, ontworpen om het aantal buitenaardse beschavingen in onze melkweg te schatten, aangegeven door de letter N.
De Drake-vergelijking houdt rekening met verschillende parameters en is als volgt geformuleerd:
De waarden van de vergelijking
De eerste waarde is R *, dat is de snelheid van stervorming in de Melkweg. Daarna mogen alleen sterren die verband houden met planetaire systemen in aanmerking worden genomen; deze moeten de noodzakelijke voorwaarden hebben om het leven te huisvesten, vereisten waaraan niet gemakkelijk kan worden voldaan en die respectievelijk worden vertegenwoordigd door f p y n e . F l komt overeen met de fractie van planeten waar het leven zich zou moeten ontwikkelen, terwijl fi es de fractie hiervan waar het leven dat zich ontwikkelt intelligent is.
Het moet niet alleen slim zijn, maar ook variabel f czegt dat deze levensvormen technologie moeten kunnen ontwikkelen die een radiosignaal de ruimte in stuurt. De laatste variabele is L, de periode waarin de signalen zouden moeten worden verzonden. Zoals te zien is, zijn er veel variabelen en is het moeilijk om elke individuele waarde precies vast te stellen, dus we praten over waarschijnlijkheid. Er zijn echter schattingen en resultaten die, althans theoretisch, een waarde aan de variabele kunnen geven N en beantwoord de vraag.
Interpretaties en oplossingen
Sinds de eerste formulering van de vergelijking hebben veel wetenschappers geprobeerd het resultaat uit te werken. Van de jaren zestig tot vandaag zijn de beschikbare wetenschappelijke hulpmiddelen voor het verwerken van waarden geëvolueerd, maar de vergelijking is in feite nog steeds een manier om de kwestie in wetenschappelijke termen te bespreken in plaats van definitieve antwoorden te geven.
De meest recente schattingen gaan uit van maximaal 23 buitenaardse beschavingen (exobiologie)
Maar waarom hebben we dan nooit bewijs gehad van het bestaan ervan? Dit is precies het dilemma dat bekend staat als de Fermi-paradox, die zijn naam ontleende aan de Italiaanse natuurkundige die het als eerste voorstelde, Enrico Fermi. Aangezien er in dit opzicht geen zekerheid bestaat, hebben wetenschappers die zich tegenwoordig met exobiologie bezighouden, geprobeerd hun aandacht te richten op de vereisten waaraan een organisme moet voldoen om zich te ontwikkelen, zonder de meest vijandige omgevingen uit te sluiten.
Exobiologie: voorwaarden voor het bestaan van leven
Bij het zoeken naar levensvormen in de ruimte wordt aangenomen dat ze gevonden worden op planeten met kenmerken die sterk lijken op die van de aarde: overvloed aan water, energiebronnen en andere fundamentele moleculen.
Volgens exobiologen zijn dit de minimale vereisten, maar we moeten niet vergeten dat we niet met zekerheid kunnen vaststellen dat het leven altijd gebaseerd is op dezelfde identieke moleculen.
Meer in het algemeen weten we niet eens zeker of het wel kan veronderstellen dat er leven is als alle ingrediënten aanwezig zijn die we als onmisbaar beschouwen: een vloeibaar oplosmiddel, een energiebron en de zogenaamde basiscomponenten, dat wil zeggen basismoleculen, organisch en anorganisch , die in combinatie met elkaar aanleiding geven tot complexere structuren. Andere variabele parameters zijn pH, temperatuur, druk, zoutgehalte en straling. Planeten met kenmerken die vergelijkbaar zijn met die van de aarde worden vaker genoemd exoplaneten.
Dankzij organismen die bekend staan als extremofielen weten we echter dat leven niet alleen kan gedijen op exoplaneten, maar waar de minimumvoorwaarden bestaan.
exoplaneten en lichtjaar
Wat we noemen Exoplaneten Het zijn hemellichamen die deel uitmaken van een zonnestelsel, in het onze of in andere sterrenstelsels. Ze draaien rond hun zon op een afstand die de aanwezigheid van vloeibaar water of andere oplosmiddelen mogelijk maakt, een van de belangrijkste vereisten voor de ontwikkeling van leven. Deze planeten kunnen, net als de aarde, een groot aantal omgevingen hebben waarin de chemische en fysische omstandigheden potentieel goed zijn om het leven te ondersteunen. Helaas bevinden de meeste zich enkele lichtjaren verwijderd van ons zonnestelsel.
El lichtjaar is de afstand die het licht in één jaar aflegt. Licht van de zon bereikt ons in 8 en een halve minuut en legt een afstand af van 150 miljoen km.De afstand die het licht in één jaar (lichtjaar) aflegt, is ongeveer 63.000 keer de afstand die de zon tot de aarde aflegt. Dus 63 duizend maal 150 miljoen km.
Exobiologie: Proxima B
De dichtstbijzijnde is volgende b, maakt deel uit van het Proxima Centauri-systeem in ons sterrenstelsel, de Melkweg. Proxima b is 4,2 lichtjaar verwijderd en is de achtste meest aardachtige planeet volgens de ESI-index, een fysieke meetschaal die wordt gebruikt om andere planeten met de aarde te vergelijken. De waarde van deze index ligt tussen 0 (geen overeenkomst) en 1 (planeet identiek aan de aarde) en wordt berekend op basis van straal, dichtheid, ontsnappingssnelheid en oppervlaktetemperatuur. Proxima b heeft een ESI-waarde van 0,87 en geeft aan dat de planeet erg op de aarde lijkt. Deze gegevens geven echter geen informatie over de bewoonbaarheid.
Ruiten
De zoektocht naar leven in de ruimte beperkt zich niet tot exoplaneten, maar heeft ook invloed op hun satellieten, de manen. Een voorbeeld is te vinden net binnen ons zonnestelsel. Er wordt aangenomen dat een maan van Saturnus, Enceladus, en een maan van Jupiter, Europa, mogelijk leven in de haven.
De afstand tot de zon Enceladushet staat het niet toe om genoeg zonnestraling te ontvangen om zichzelf te verwarmen, dus de oppervlaktetemperaturen variëren tussen -128°C en -240°C: absoluut geen plek waar normaal leven zou worden gezocht. Dankzij de Cassini-sonde was het echter mogelijk om vast te stellen dat er water en organische moleculen aanwezig zijn op deze bevroren maan. Analyses hebben aangetoond dat stikstof, kooldioxide en methaan aanwezig zijn in de waterdampstralen die aan het oppervlak worden uitgestoten. Om deze reden wordt aangenomen dat er zich onder het bevroren oppervlak een overvloedige laag water bevindt, waarin verschillende moleculen zijn opgelost, verantwoordelijk voor de hydrothermische activiteit van het substraat en ook voor de geisers op het oppervlak. Men zou kunnen denken dat dit fenomeen wordt beïnvloed door de hypothetische aanwezigheid van methanogene organismen.
In 2018 probeerden sommige onderzoekers de omstandigheden van Enceladus te reconstrueren met een experiment, waaruit bleek dat het micro-organisme Methanothermococcus okinawensis het zou de ideale eigenschappen hebben om in de onderliggende laag te leven en methaan te produceren. De conclusie van deze studie vertelt ons dat vergelijkbare organismen hiertoe in staat kunnen zijn en daarom daadwerkelijk op Enceladus voorkomen.
Welke bacteriën zouden op andere planeten kunnen leven?
Micro-organismen met bepaalde capaciteiten worden geïdentificeerd als extremofielen omdat ze vaak leven in omstandigheden die onbetaalbaar zijn voor complexere organismen. Opgemerkt moet worden dat deze organismen normaal gesproken in deze omstandigheden leven, dus men kan denken dat ze overleven en ook in complexere scenario's voorkomen.
De beroemdste in de wereld van de biologie is ongetwijfeld de Thermus aquaticus, in staat om te groeien bij temperaturen van 75°C; dankzij hem was het mogelijk om de methode van DNA-amplificatie aanzienlijk te verbeteren. Er zijn veel van dergelijke micro-organismen, die zich allemaal hebben aangepast aan een of meer verschillende omstandigheden, waardoor ze polyextremofiel zijn geworden.
Hier zijn enkele fascinerende voorbeelden:
- Picrophilus oshimae het leeft in sulfaat in zeer zure pH-omstandigheden met een waarde van 0,6 op 14, sterker dan zoutzuur.
- Thermococcus piëzophilus leeft in de afgrond bij een druk van 125 Mpa, wat overeenkomt met ongeveer 1275 kg toegepast op een oppervlakte van één centimeter. Het is geverifieerd dat andere micro-organismen erin slagen om metabolisch actief te blijven, zelfs onder een druk van 2000 Mpa;
- Halarsenatibacter silvermanii leeft in een sterk alkalisch meer waar de NaCl-zoutconcentraties 35% mg/L zijn;
- Deïnococcus radioduran s, tot op heden beschouwd als het modelmicro-organisme voor de studie van weerstand tegen straling en vacuüm, een polyextremofiel die in staat is om de omstandigheden van de planeet Mars te overleven.
Is er leven op Mars?
Mars is de vierde planeet die het verst verwijderd is van onze zon, voordat het de aarde is. De afgelopen decennia zijn er veel missies uitgevoerd om het te verkennen en onderzoek te doen. NASA's Perseverance is de nieuwste, nog steeds actieve en zal naar verwachting in 2033 weer verschijnen.
Bodemgegevens en omstandigheden op Mars lijken op dit moment niet veelbelovend voor de exobiologie. In 2003 identificeerde een onderzoeksteam een match in termen van bodemsamenstelling tussen het grondmonster verzameld door de Viking-missie en grond uit een afgelegen gebied van de Atacama-woestijn in Chili, en na verschillende pogingen werd vastgesteld dat de grond niet geschikt was. voor elke vorm van biologische teelt. Dus waar is het nog mogelijk om te hopen sporen van leven op Mars te vinden?
ondergronds leven
Een ontdekking in 2022 heeft exobiologen energie gegeven in hun zoektocht naar buitenaards leven. Dit zijn kleine kristallen aanwezig in rotsinsluitsels in centraal Australië, die 830 miljoen jaar oud zijn. Binnen deze kleine kristallen zijn organische verbindingen en de aanwezigheid van prokaryote en eukaryotische cellen geïdentificeerd die bewaard zijn gebleven in deze micro-omgeving. Volgens experts moeten dit soort sedimenten, of ze nu van aardse of buitenaardse oorsprong zijn, worden beschouwd als potentiële gastheren voor oude micro-organismen en organische verbindingen. Dit suggereert een mogelijke zoek- en vindplaats op andere planeten: de ondergrond.
Daarnaast is in de ondergrond het fenomeen van serpentijn. Chemisch-fysische reactie die plaatsvindt onder alkalische pH-omstandigheden en die, dankzij de interactie tussen water en gesteenten, waterstof, organische en anorganische koolstofverbindingen vrijgeeft. Volgens exobiologen is serpentinisatie wijdverbreid in de hemellichamen van het zonnestelsel, inclusief de manen, en er wordt ook gedacht dat het een belangrijke rol op aarde heeft gespeeld door het leven van specifieke micro-organismen te bevorderen.
Conclusies over exobiologie
Onderzoek in exobiologie is nog gaande, in oktober 2024 lanceert het NASA-luchtvaartbureau een nieuwe missie: CLIPPER. Het doel zal zijn om te zoeken naar sporen van leven van stoomstralen die worden uitgestoten door een van de ijzige manen van Jupiter: Europa.
Op dit moment zijn buitenaardse organismen nooit geïdentificeerd, maar hun mogelijke bestaan in de kosmos kan niet worden uitgesloten. We moeten er echter rekening mee houden dat het leven zich kan ontwikkelen onder totaal andere omstandigheden dan die op aarde, en dat het zich daarom aanpast en evolueert op manieren die wij niet kennen. De ontdekking van buitenaardse levensvormen zou grote aandacht van de wetenschappelijke gemeenschap naar de tak van exobiologie trekken, waardoor tot nu toe volledig onontgonnen wegen zouden worden geopend.