ชีววิทยา ชีวิตนอกโลก

คำว่า "เอเลี่ยน" และ "นอกโลก" มักเกี่ยวข้องกับตัวละครในนิยายวิทยาศาสตร์ อย่างไรก็ตาม แม้ว่ามันจะเป็นการคาดเดา แต่ก็มีสาขาชีววิทยาที่ตรวจสอบและพิจารณาการมีอยู่ของสิ่งมีชีวิตนอกโลก: ชีววิทยา.

แต่เป็นไปได้อย่างไรที่จะศึกษาสิ่งมีชีวิตที่ไม่ได้รับการพิสูจน์ นักชีววิทยาด้านชีววิทยาควรมองหาอะไรและที่ไหนเพื่อทำความเข้าใจว่ามีชีวิตในจักรวาลหรือไม่?

Lเพื่อแดรกสมการ

ในปี 1960 Frank Drake นักดาราศาสตร์ชาวอเมริกันได้ทำการตรวจสอบครั้งแรกที่ National Radio Astronomy Observatory เพื่อพยายามตรวจจับสัญญาณวิทยุจากอารยธรรมนอกโลก หนึ่งปีต่อมา Drake ได้สร้างสมการที่ยังคงใช้อยู่ในปัจจุบันในด้านชีววิทยาวิทยา โดยออกแบบมาเพื่อประมาณจำนวนอารยธรรมนอกโลกในกาแลคซีของเรา โดยระบุด้วยตัวอักษร N.

สมการ Drake คำนึงถึงพารามิเตอร์หลายตัวและกำหนดขึ้นดังนี้:

ค่าของสมการ

ค่าแรกคือ R ^*ซึ่งเป็นอัตราการก่อตัวของดาวฤกษ์ในทางช้างเผือก หลังจากนั้นควรพิจารณาเฉพาะดาวฤกษ์ที่เชื่อมโยงกับระบบดาวเคราะห์ สิ่งเหล่านี้ต้องมีเงื่อนไขที่จำเป็นในการดำรงชีวิต ซึ่งเป็นข้อกำหนดที่ไม่ง่ายที่จะตอบสนองและแสดงตามลำดับ f _p y n _e . F _l สอดคล้องกับเศษเสี้ยวของดาวเคราะห์ที่ชีวิตควรจะพัฒนาในขณะที่ fi _es เศษเสี้ยวของสิ่งเหล่านี้ซึ่งชีวิตที่พัฒนามีความเฉลียวฉลาด

ไม่เพียง แต่จะต้องฉลาดเท่านั้น แต่ตัวแปร f _cกล่าวว่ารูปแบบชีวิตเหล่านี้จะต้องสามารถพัฒนาเทคโนโลยีที่ส่งสัญญาณวิทยุไปยังอวกาศได้ ตัวแปรสุดท้ายคือ Lระยะเวลาที่ควรส่งสัญญาณ อย่างที่คุณเห็น ตัวแปรมีมากมายและเป็นการยากที่จะกำหนดแต่ละค่าให้ตรงเป๊ะ ดังนั้นเราจึงพูดถึงความน่าจะเป็น อย่างไรก็ตาม มีการประมาณการและผลลัพธ์ที่สามารถให้ค่าตัวแปรได้ อย่างน้อยในทางทฤษฎี N และตอบคำถาม

การตีความและการแก้ปัญหา

นับตั้งแต่การสร้างสมการครั้งแรก นักวิทยาศาสตร์หลายคนพยายามอธิบายผลลัพธ์ของมันอย่างละเอียด ตั้งแต่ทศวรรษที่ 1960 ถึงปัจจุบัน เครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ที่มีอยู่สำหรับการประมวลผลค่าได้พัฒนาขึ้น แต่ในความเป็นจริงแล้ว สมการนี้ยังคงเป็นวิธีการอภิปรายประเด็นนี้ในแง่วิทยาศาสตร์มากกว่าการให้คำตอบขั้นสุดท้าย

การประมาณการล่าสุดถือว่ามีอารยธรรมต่างดาวมากถึง 23 อารยธรรม (เอกโซชีววิทยา)

แต่ทำไมเราไม่เคยมีหลักฐานว่ามันมีอยู่จริง? นี่คือภาวะที่กลืนไม่เข้าคายไม่ออกที่เรียกว่า Fermi Paradoxซึ่งได้ชื่อมาจากนักฟิสิกส์ชาวอิตาลีผู้เสนอชื่อนี้เป็นครั้งแรก เอนริโก แฟร์มี เนื่องจากไม่มีความแน่นอนในเรื่องนี้ นักวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับเอกชีววิทยาในปัจจุบันจึงพยายามมุ่งความสนใจไปที่ข้อกำหนดที่สิ่งมีชีวิตต้องมีเพื่อพัฒนา โดยไม่ยกเว้นสภาพแวดล้อมที่ไม่เป็นมิตร

Exobiology: เงื่อนไขสำหรับชีวิตที่จะดำรงอยู่

เมื่อมองหารูปแบบชีวิตในอวกาศ สันนิษฐานว่าพบบนดาวเคราะห์ที่มีลักษณะคล้ายกับโลกมาก: ความอุดมสมบูรณ์ของน้ำ แหล่งพลังงาน และโมเลกุลพื้นฐานอื่นๆ.

ตามที่นักชีววิทยาวิทยากล่าวว่าสิ่งเหล่านี้เป็นข้อกำหนดขั้นต่ำ แต่เราต้องจำไว้ว่าเราไม่สามารถพิสูจน์ได้อย่างแน่นอนว่าชีวิตนั้นขึ้นอยู่กับโมเลกุลที่เหมือนกันเสมอ

โดยทั่วไปเราไม่แน่ใจด้วยซ้ำว่าจะเป็นไปได้ ตั้งสมมติฐานการมีอยู่ของสิ่งมีชีวิตหากมีส่วนผสมทั้งหมดที่เรามักคิดว่าขาดไม่ได้อยู่: ตัวทำละลายที่เป็นของเหลว แหล่งพลังงาน และส่วนประกอบพื้นฐานที่เรียกว่า โมเลกุลพื้นฐาน สารอินทรีย์ และสารอนินทรีย์  , ที่รวมกันทำให้เกิดโครงสร้างที่ซับซ้อนขึ้น ตัวแปรอื่นๆ ได้แก่ ค่า pH อุณหภูมิ ความดัน ความเค็ม และการแผ่รังสี ดาวเคราะห์ที่มีลักษณะคล้ายกับโลกมักถูกเรียกว่า ดาวเคราะห์นอกระบบ.

อย่างไรก็ตาม ต้องขอบคุณสิ่งมีชีวิตที่รู้จักกันในชื่อ extremophiles ทำให้เรารู้ว่าชีวิตสามารถเจริญเติบโตได้ไม่เพียงแค่บนดาวเคราะห์นอกระบบเท่านั้น แต่ที่ใดก็ตามที่มีเงื่อนไขขั้นต่ำอยู่.

ดาวเคราะห์นอกระบบและปีแสง

สิ่งที่เราเรียกว่า ดาวเคราะห์นอกระบบ พวกมันคือเทห์ฟากฟ้าที่เป็นส่วนหนึ่งของระบบสุริยะ ในของเราหรือในดาราจักรอื่น พวกมันโคจรรอบดวงอาทิตย์ในระยะทางที่ยอมให้มีน้ำของเหลวหรือตัวทำละลายอื่นๆ ซึ่งเป็นหนึ่งในข้อกำหนดที่สำคัญที่สุดสำหรับการพัฒนาของสิ่งมีชีวิต ดาวเคราะห์เหล่านี้เช่นเดียวกับโลก สามารถมีสภาพแวดล้อมที่หลากหลายซึ่งสภาวะทางเคมีและกายภาพเอื้อต่อการดำรงชีวิต น่าเสียดายที่ส่วนใหญ่อยู่ห่างจากระบบสุริยะของเราหลายปีแสง

El ปีแสง คือระยะทางที่แสงเดินทางได้ในหนึ่งปี แสงจากดวงอาทิตย์มาถึงเราภายใน 8 นาทีครึ่ง เป็นระยะทาง 150 ล้านกม. ระยะทางที่แสงเดินทางในหนึ่งปี (ปีแสง) เป็นระยะทางประมาณ 63.000 เท่าของระยะทางที่ดวงอาทิตย์ถึงโลก ดังนั้น 63 คูณ 150 ล้านกม.

Exobiology: พร็อกซิมา บี

ใกล้เคียงที่สุดคือ พรอกซิมา บีเป็นส่วนหนึ่งของระบบ Proxima Centauri ในดาราจักรทางช้างเผือกของเรา Proxima b อยู่ห่างออกไป 4,2 ปีแสง และเป็นดาวเคราะห์ที่คล้ายโลกมากที่สุดเป็นอันดับแปดตามดัชนี ESI ซึ่งเป็นมาตรวัดทางกายภาพที่ใช้เปรียบเทียบดาวเคราะห์ดวงอื่นกับโลก ค่าของดัชนีนี้อยู่ระหว่าง 0 (ไม่มีความคล้ายคลึงกัน) และ 1 (ดาวเคราะห์ที่เหมือนกับโลก) และคำนวณจากรัศมี ความหนาแน่น ความเร็วหลุดพ้น และอุณหภูมิพื้นผิว Proxima b มีค่า ESI เท่ากับ 0,87 และบ่งชี้ว่าดาวเคราะห์ดวงนี้คล้ายกับโลกมาก อย่างไรก็ตาม ข้อมูลนี้ไม่ได้ให้ข้อมูลเกี่ยวกับความสามารถในการอยู่อาศัยของมัน

พระจันทร์

การค้นหาสิ่งมีชีวิตในอวกาศไม่ได้จำกัดเฉพาะดาวเคราะห์นอกระบบเท่านั้น แต่ยังส่งผลต่อดาวเทียมของพวกมันด้วย ดวงจันทร์ด้วย ตัวอย่างสามารถพบได้ในระบบสุริยะของเรา เชื่อกันว่าเป็นดวงจันทร์ของดาวเสาร์ เอนเซลาดัสและดวงจันทร์ของดาวพฤหัสบดี ยุโรป, อาจเก็บงำชีวิต.

ระยะห่างจากดวงอาทิตย์ Enceladusมันไม่ยอมให้ได้รับรังสีจากดวงอาทิตย์มากพอที่จะให้ความร้อนแก่ตัวเอง ดังนั้นอุณหภูมิพื้นผิวของมันจึงอยู่ระหว่าง -128°C ถึง -240°C: ไม่ใช่สถานที่ที่ปกติจะหาสิ่งมีชีวิตได้อย่างแน่นอน อย่างไรก็ตาม ต้องขอบคุณยานแคสสินีที่ทำให้สามารถระบุได้ว่ามีน้ำและโมเลกุลอินทรีย์อยู่บนดวงจันทร์ที่เยือกแข็งดวงนี้ การวิเคราะห์แสดงให้เห็นว่ามีไนโตรเจน คาร์บอนไดออกไซด์ และมีเธนอยู่ในไอพ่นไอน้ำที่ปล่อยออกมาที่พื้นผิว ด้วยเหตุนี้จึงเชื่อว่าใต้พื้นผิวที่เยือกแข็งมีชั้นน้ำมากมาย ซึ่งโมเลกุลต่างๆ ละลายอยู่ ซึ่งมีหน้าที่รับผิดชอบต่อกิจกรรมความร้อนใต้ผิวน้ำของพื้นผิวและสำหรับกีย์เซอร์บนพื้นผิวด้วย อาจคิดได้ว่าปรากฏการณ์นี้ได้รับอิทธิพลจากการมีอยู่สมมุติฐานของสิ่งมีชีวิตมีเทน

ในปี 2018 นักวิจัยบางคนพยายามสร้างเงื่อนไขของ Enceladus ขึ้นใหม่ด้วยการทดลอง ซึ่งแสดงให้เห็นว่าจุลินทรีย์ เมธานอเทอร์มอค็อกคัส โอกินาเวนซิส มันจะมีลักษณะที่เหมาะสมในการดำรงชีวิตและผลิตก๊าซมีเทนในชั้นที่อยู่เบื้องล่าง บทสรุปของการศึกษานี้บอกเราว่าสิ่งมีชีวิตที่คล้ายกันอาจทำสิ่งนี้ได้ และด้วยเหตุนี้จึงอยู่บนเอนเซลาดัสจริงๆ

แบคทีเรียชนิดใดที่สามารถอาศัยอยู่บนดาวเคราะห์ดวงอื่นได้?

จุลินทรีย์ที่มีความสามารถพิเศษถูกระบุว่าเป็น extremophiles เนื่องจากพวกมันมักอาศัยอยู่ในสภาวะที่ห้ามไม่ให้มีสิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนกว่า ควรสังเกตว่าโดยปกติแล้วสิ่งมีชีวิตเหล่านี้อาศัยอยู่ในสภาวะเหล่านี้ ดังนั้นจึงอาจคิดได้ว่าพวกมันอยู่รอดและยังพบได้ในสถานการณ์ที่ซับซ้อนกว่าด้วย

ที่มีชื่อเสียงที่สุดในโลกของชีววิทยาก็คือ เทอร์มัสอะควาคัส, สามารถเติบโตได้ที่อุณหภูมิ 75°C; ต้องขอบคุณเขาจึงเป็นไปได้ที่จะปรับปรุงวิธีการขยาย DNA อย่างมีนัยสำคัญ มีจุลินทรีย์จำนวนมาก ซึ่งแต่ละชนิดได้ปรับให้เข้ากับสภาวะที่แตกต่างกันตั้งแต่หนึ่งอย่างขึ้นไป จึงกลายเป็นโพลีเอกซ์ตรีโมฟิลิก

นี่คือตัวอย่างที่น่าสนใจ:

• พิโครฟิลัส โอชิมาเอะ  มันอาศัยอยู่ในซัลเฟตในสภาพ pH ที่เป็นกรดมาก โดยมีค่า 0,6 จาก 14 ซึ่งแรงกว่ากรดไฮโดรคลอริก
• เทอร์โมค็อกคัส เพียโซฟิลัส  อาศัยอยู่ในก้นบึ้งที่ความดัน 125 Mpa ซึ่งสอดคล้องกับประมาณ 1275 กิโลกรัมที่ใช้กับพื้นที่หนึ่งเซนติเมตร ได้รับการตรวจสอบแล้วว่าจุลินทรีย์อื่น ๆ ยังคงทำงานเมแทบอลิซึมได้แม้ภายใต้แรงกดดัน 2000 Mpa;
• ฮาลาร์เซนาติแบคทีเรีย ซิลเวอร์มานิ  อาศัยอยู่ในทะเลสาบที่มีความเป็นด่างสูงซึ่งมีความเข้มข้นของเกลือ NaCl อยู่ที่ 35% mg/L;
• ไดโนคอคคัส เรดิโอดูแรน จนถึงปัจจุบันถือว่าเป็นจุลินทรีย์ต้นแบบสำหรับการศึกษาความต้านทานต่อรังสีและสุญญากาศซึ่งเป็นโพลีเอ็กซ์ตรีโมไฟล์ที่สามารถอยู่รอดได้ในสภาพของดาวอังคาร

มีชีวิตในดาวอังคาร?

ดาวอังคารเป็นดาวเคราะห์ที่อยู่ห่างจากดวงอาทิตย์มากเป็นอันดับที่ 2033 ก่อนที่จะเป็นโลก หลายทศวรรษที่ผ่านมามีภารกิจมากมายในการสำรวจและดำเนินการวิจัย Perseverance ของ NASA เป็นรุ่นใหม่ล่าสุดที่ยังคงใช้งานอยู่และคาดว่าจะกลับเข้ามาใหม่ในปี XNUMX

ข้อมูลและสภาพของดินบนดาวอังคารในขณะนี้ดูเหมือนจะไม่ค่อยดีนักสำหรับเอกโซไบโอโลยี ในปี พ.ศ. 2003 ทีมวิจัยระบุการจับคู่ในแง่ขององค์ประกอบของดินระหว่างตัวอย่างดินที่รวบรวมโดยภารกิจไวกิ้งกับดินจากพื้นที่ห่างไกลของทะเลทราย Atacama ในชิลี และหลังจากพยายามหลายครั้งก็พบว่าดินนั้นไม่เหมาะสม ไม่เหมาะสม สำหรับการเพาะปลูกแบบอินทรีย์ทุกประเภท แล้วความหวังที่จะพบร่องรอยของสิ่งมีชีวิตบนดาวอังคารมีที่ไหนอีกบ้าง?

ชีวิตใต้ดิน

การค้นพบในปี 2022 ได้กระตุ้นนักชีววิทยาเอกภพให้ค้นหาชีวิตนอกโลก เหล่านี้คือผลึกขนาดเล็กที่มีอยู่ในหินในภาคกลางของออสเตรเลีย ย้อนหลังไปถึง 830 ล้านปี ภายในผลึกขนาดเล็กเหล่านี้ มีการระบุสารประกอบอินทรีย์และการมีอยู่ของเซลล์โปรคารีโอตและยูคาริโอตที่อาศัยอยู่ในสภาวะแวดล้อมจุลภาคนี้ ตามที่ผู้เชี่ยวชาญระบุว่าตะกอนประเภทนี้ไม่ว่าจะมีต้นกำเนิดจากโลกหรือนอกโลกควรได้รับการพิจารณาว่าเป็นแหล่งที่มีศักยภาพสำหรับจุลินทรีย์โบราณและสารประกอบอินทรีย์ สิ่งนี้ชี้ให้เห็นถึงการค้นหาที่เป็นไปได้และพบไซต์บนดาวเคราะห์ดวงอื่น: ดินดาน

นอกจากนี้ในชั้นดินดานยังเกิดปรากฏการณ์ คดเคี้ยว. ปฏิกิริยาเคมี-กายภาพที่เกิดขึ้นภายใต้สภาวะ pH ที่เป็นด่าง และต้องขอบคุณปฏิสัมพันธ์ระหว่างน้ำและหิน จึงปล่อยสารประกอบไฮโดรเจน อินทรีย์ และอนินทรีย์คาร์บอนออกมา ตามความเห็นของนักชีววิทยา exobiization นั้นแพร่หลายในเทห์ฟากฟ้าของระบบสุริยะ รวมทั้งดวงจันทร์ และยังเชื่อกันว่ามันอาจมีบทบาทสำคัญในโลก เอื้อต่อชีวิตของจุลินทรีย์บางชนิด

ข้อสรุปเกี่ยวกับ exobiology

การวิจัยด้านเอ็กโซชีววิทยายังคงดำเนินต่อไป ในเดือนตุลาคม 2024 หน่วยงานด้านการบินและอวกาศของ NASA จะเปิดตัวภารกิจใหม่: CLIPPER เป้าหมายคือการค้นหาร่องรอยของสิ่งมีชีวิตจากไอพ่นไอน้ำที่ปล่อยออกมาจากดวงจันทร์น้ำแข็งดวงหนึ่งของดาวพฤหัสบดี: ยุโรป.

ในขณะนี้ยังไม่มีการระบุสิ่งมีชีวิตนอกโลก แต่การดำรงอยู่ที่เป็นไปได้ในจักรวาลไม่สามารถตัดออกได้ อย่างไรก็ตาม เราต้องคำนึงว่าชีวิตสามารถพัฒนาในสภาพที่ต่างไปจากบนโลกอย่างสิ้นเชิง ดังนั้นมันจึงปรับตัวและวิวัฒนาการในแบบที่เราไม่รู้จัก การค้นพบรูปแบบชีวิตนอกโลกจะดึงความสนใจอย่างมากจากชุมชนวิทยาศาสตร์ไปยังสาขาชีววิทยานอกโลก ซึ่งเป็นการเปิดเส้นทางที่ยังไม่มีใครสำรวจมาจนบัดนี้