איך מדענים מחפשים חיים מחוץ לכדור הארץ

2024 מְחַבֵּר: Seth Attwood | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-16 16:05

אולי יש עולמות מיושבים אחרים אי שם ביקום. אבל, עד שמצאנו אותם, התוכנית המינימלית היא להוכיח שחיים מחוץ לכדור הארץ הם לפחות בצורה כלשהי. כמה אנחנו קרובים לזה?

לאחרונה אנו שומעים יותר ויותר על תגליות ש"יכולות להעיד" על קיומם של חיים מחוץ לכדור הארץ. רק בספטמבר 2020 נודע על גילוי גז פוספין על נוגה - סימן פוטנציאלי לחיים מיקרוביאליים - ואגמי מלח על מאדים, שבהם יכולים להתקיים גם חיידקים.

אבל במהלך 150 השנים האחרונות, חוקרי חלל פסקו יותר מפעם אחת משאלת לב. עדיין אין תשובה מהימנה לשאלה העיקרית. או שיש בכל זאת, אבל מדענים זהירים מתוך הרגל?

קווי טלסקופ

בשנות ה-70, האסטרונום האיטלקי ג'ובאני סקיאפרלי ראה קווים ארוכים ודקים על פני מאדים דרך טלסקופ והכריז עליהם "ערוצים". הוא כינה באופן חד משמעי את הספר על תגליתו "החיים על כוכב מאדים". "קשה שלא לראות על מאדים תמונות דומות לאלו המרכיבות את הנוף הארצי שלנו", כתב.

באיטלקית, המילה canali פירושה ערוצים טבעיים ומלאכותיים כאחד (המדען עצמו לא היה בטוח בטיבם), אך בתרגום, היא איבדה את העמימות הזו. חסידיו של Schiaparelli כבר הצהירו בבירור על הציוויליזציה האנוסית הקשה, אשר, באקלים צחיח, יצרה מתקני השקיה עצומים.

לנין, שקרא את ספרו של פרסיבל לואל "מאדים ותעלותיו" ב-1908, כתב: "עבודה מדעית. מוכיחה שמאדים מיושב, שהתעלות הן נס של טכנולוגיה, שאנשים שם צריכים להיות גדולים פי 2/3 מאשר האנשים המקומיים, יתר על כן עם גזעים, ומכוסים בנוצות או בעורות של בעלי חיים, עם ארבע או שש רגליים.

N … כן, המחבר שלנו רימה אותנו, תיאר את יפהפיות מאדים באופן לא שלם, צריך להיות על פי המתכון: "חשכתן של אמיתות נמוכות יקרות לנו יותר מאשר אנו מעלים הונאה". לואל היה מיליונר ודיפלומט לשעבר. הוא אהב אסטרונומיה והשתמש בכסף שלו כדי לבנות את אחד ממצפי הכוכבים המתקדמים ביותר באמריקה. הודות ללואל, הנושא של חיי המאדים הגיע לעמודים הראשונים של העיתונים הגדולים בעולם.

נכון, כבר בסוף המאה ה-19, חוקרים רבים היו מפוקפקים לגבי פתיחת ה"תעלות". תצפיות נתנו כל הזמן תוצאות שונות - הקלפים התפצלו אפילו עבור Schiaparelli ו-Loeull. ב-1907, הביולוג אלפרד וואלאס הוכיח שהטמפרטורה על פני מאדים נמוכה בהרבה ממה שלואל הניח, והלחץ האטמוספרי נמוך מכדי להתקיים מים בצורה נוזלית.

התחנה הבין-כוכבית "Mariner-9", שצילמה את כוכב הלכת מהחלל בשנות ה-70, שמה קץ להיסטוריה של התעלות: "התעלות" התבררו כאשליה אופטית.

מאז המחצית השנייה של המאה ה-20 פחתה התקוות למצוא חיים מאורגנים ביותר. מחקרים שעשו שימוש בחללית הראו שהתנאים בכוכבי הלכת הסמוכים אפילו לא קרובים לאלו שבכדור הארץ: ירידות טמפרטורה חזקות מדי, אטמוספירה ללא סימני חמצן, רוחות חזקות ולחץ אדיר.

מצד שני, חקר התפתחות החיים על פני כדור הארץ עורר עניין בחיפוש אחר תהליכים דומים בחלל. אחרי הכל, אנחנו עדיין לא יודעים איך ובזכות מה, באופן עקרוני, החיים קמו.

אירועים רבים התרחשו בכיוון זה בשנים האחרונות. עיקר העניין הוא חיפוש אחר מים, תרכובות אורגניות שמהן יכולות להיווצר צורות חיים חלבוניים, כמו גם ביולוגיות (חומרים המיוצרים על ידי יצורים חיים) ועקבות אפשריים של חיידקים במטאוריטים.

הוכחה נוזלית

נוכחות המים היא תנאי מוקדם לקיומם של חיים כפי שאנו מכירים אותם. מים פועלים כממס וכזרז לסוגים מסוימים של חלבונים.זהו גם מדיום אידיאלי לתגובות כימיות ולהובלה של חומרים מזינים. בנוסף, מים סופגים קרינת אינפרא אדומה, ולכן הם יכולים לשמור על חום - זה חשוב לגרמי שמיים קרים שנמצאים די רחוק מגוף האור.

נתוני תצפית מראים כי מים במצב מוצק, נוזלי או גזי קיימים בקטבים של מרקורי, בתוך מטאוריטים ושביטים, כמו גם על צדק, שבתאי, אורנוס ונפטון. מדענים גם הציעו שלירחיו של צדק אירופה, גנימד וקליסטו יש אוקיינוסים תת-קרקעיים עצומים של מים נוזליים. הם מצאו אותו בצורה כזו או אחרת בגז בין כוכבי ואפילו במקומות מדהימים כמו פוטוספירה של כוכבים.

אבל חקר עקבות מים יכול להיות מבטיח עבור אסטרוביולוגים (מומחים בביולוגיה מחוץ לכדור הארץ) רק כאשר יש תנאים מתאימים אחרים. לדוגמה, טמפרטורות, לחץ והרכב כימי על אותו שבתאי וצדק הם קיצוניים וניתנים לשינוי מכדי שאורגניזמים חיים יוכלו להסתגל אליהם.

דבר נוסף הוא כוכבי הלכת הקרובים אלינו. גם אם היום הם נראים לא מסבירי פנים, יכולים להישאר עליהם נווה מדבר קטנים עם "שרידי מותרות לשעבר".

בשנת 2002 גילה מסלול האודיסאה של מאדים מרבצים של קרח מים מתחת לפני השטח של מאדים. שש שנים מאוחר יותר, בדיקת הפניקס אישרה את התוצאות של קודמתה, שהשיגה מים נוזליים מדגימת קרח מהקוטב.

זה היה תואם את התיאוריה כי מים נוזליים היו נוכחים על מאדים די לאחרונה (בסטנדרטים אסטרונומיים). לפי מקורות מסוימים, ירד גשם על הכוכב האדום "רק" לפני 3.5 מיליארד שנים, לפי אחרים - אפילו לפני 1.25 מיליון שנים.

עם זאת, מיד נוצר מכשול: מים על פני מאדים אינם יכולים להתקיים במצב נוזלי. בלחץ אטמוספרי נמוך הוא מיד מתחיל לרתוח ולהתאדות - או קופא. לכן, רוב המים המוכרים על פני כדור הארץ נמצאים במצב של קרח. הייתה תקווה שהמעניין ביותר מתרחש מתחת לפני השטח. כך עלתה ההשערה של אגמי מלח מתחת למאדים. ורק לפני כמה ימים היא קיבלה אישור.

מדענים מסוכנות החלל האיטלקית גילו באחד הקטבים של מאדים מערכת של ארבעה אגמים עם מים נוזליים, שנמצאים בעומק של יותר מ-1.5 קילומטרים. התגלית התגלתה באמצעות נתוני צלילי רדיו: המכשיר מכוון גלי רדיו אל פנים כדור הארץ, ומדענים, לפי השתקפותם, קובעים את הרכבו ומבנהו.

קיומה של מערכת שלמה של אגמים, לטענת מחברי העבודה, מעיד כי מדובר בתופעה רגילה עבור מאדים.

הריכוז הספציפי המדויק של מלחים באגמי מאדים עדיין לא ידוע, כמו גם הרכבם. לדברי המנהל המדעי של תוכנית מאדים, רוברטו אורוסיי, אנחנו מדברים על פתרונות חזקים מאוד עם "עשרות אחוזים" של מלח.

ישנם חיידקים הלופיליים על פני כדור הארץ שאוהבים מליחות גבוהה, מסבירה המיקרוביולוגית אליזבטה בונץ'-אוסמולובסקיה. הם משחררים חומרים שעוזרים לשמור על איזון מים-חשמלי ולהגן על מבני תאים. אבל גם באגמים תת קרקעיים מלוחים במיוחד (ברין) עם ריכוז של עד 30% יש מעט חיידקים כאלה.

לפי אורוסיי, עקבות של צורות חיים שהיו קיימות כאשר היו אקלים חמים יותר ומים על פני כדור הארץ, והתנאים דמו לכדור הארץ הקדום, יכולים להישאר באגמים המאדים.

אבל יש מכשול נוסף: עצם הרכב המים. אדמת מאדים עשירה בפרכלורטים - מלחים של חומצה פרכלורית. תמיסות פרכלורט קופאות בטמפרטורות נמוכות משמעותית ממי ים רגילים או אפילו. אבל הבעיה היא שפרכלורטים הם חומרים מחמצנים פעילים. הם מקדמים את הפירוק של מולקולות אורגניות, מה שאומר שהן מזיקות לחיידקים.

אולי אנחנו מזלזלים ביכולת החיים להסתגל לתנאים הקשים ביותר. אבל כדי להוכיח זאת, אתה צריך למצוא לפחות תא חי אחד.

"לבנים" ללא ירי

לא ניתן לדמיין את צורות החיים שחיות על כדור הארץ ללא מולקולות אורגניות מורכבות המכילות פחמן. כל אטום פחמן יכול ליצור עד ארבעה קשרים עם אטומים אחרים בו-זמנית, וכתוצאה מכך עושר עצום של תרכובות. "שלד" הפחמן מצוי בבסיס כל החומרים האורגניים - כולל חלבונים, פוליסכרידים וחומצות גרעין, הנחשבות ל"אבני הבניין" החשובות ביותר של החיים.

השערת הפנספרמיה רק טוענת שהחיים בצורותיהם הפשוטות ביותר הגיעו לכדור הארץ מהחלל. אי שם בחלל הבין-כוכבי התפתחו תנאים שאפשרו להרכיב מולקולות מורכבות.

אולי לא בצורת תא, אלא בצורת מעין פרוטוגנום - נוקלאוטידים שיכולים להתרבות בצורה הפשוטה ביותר ולקודד את המידע הדרוש להישרדותה של מולקולה.

לראשונה, העילה למסקנות כאלה הופיעו לפני 50 שנה. מולקולות של אורציל וקסנטין נמצאו בתוך המטאוריט מרצ'יסון, שנפל באוסטרליה ב-1969. מדובר בבסיסים חנקניים המסוגלים ליצור נוקלאוטידים, שמהם כבר מורכבים פולימרים של חומצות גרעין - DNA ו-RNA.

משימתם של המדענים הייתה לקבוע האם הממצאים הללו הם תוצאה של זיהום על פני כדור הארץ, לאחר הנפילה, או שמקורם מחוץ לכדור הארץ. ובשנת 2008, באמצעות שיטת הפחמן הרדיואקטיבי, ניתן היה לקבוע שאורציל וקסנטין אכן נוצרו לפני שהמטאוריט נפל לכדור הארץ.

כעת במרצ'יסון ובמטאוריטים דומים (הם נקראים כונדריטים פחמניים), מדענים מצאו כל מיני בסיסים שמהם בנויים גם DNA וגם RNA: סוכרים מורכבים, כולל ריבוז ודאוקסיריבוז, חומצות אמינו שונות, כולל חומצות שומן חיוניות. יתרה מכך, ישנן אינדיקציות לכך שאורגניות נוצרות ישירות בחלל.

בשנת 2016, בעזרת מנגנון הרוזטה של סוכנות החלל האירופית, נמצאו עקבות של חומצת האמינו הפשוטה ביותר - גליצין - וכן זרחן, שהוא גם מרכיב חשוב למקור החיים, בזנבו של השביט גראסימנקו -צ'וריומוב.

אבל תגליות כאלה דווקא מעידות כיצד ניתן היה להביא חיים לכדור הארץ. עדיין לא ברור אם הוא יכול לשרוד ולהתפתח לאורך זמן מחוץ לתנאים יבשתיים. "מולקולות גדולות, מולקולות מורכבות, שהיינו מסווגים כאורגניות על פני כדור הארץ ללא כל אופציות, יכולות להיות מסונתזות בחלל ללא השתתפות של יצורים חיים", אומר האסטרונום דמיטרי וייב. "אנחנו יודעים שחומר אורגני בין-כוכבי נכנס למערכת השמש כדור הארץ. אבל אז משהו אחר קרה לה - ההרכב האיזוטופי והסימטריה השתנו."

עקבות באטמוספירה

דרך מבטיחה נוספת לחיפוש חיים קשורה בחתימות ביולוגיות, או סמנים ביולוגיים. אלו חומרים, שנוכחותם באטמוספירה או באדמה של כדור הארץ מעידה בהחלט על נוכחות חיים. למשל, יש הרבה חמצן באטמוספירה של כדור הארץ, הנוצר כתוצאה מפוטוסינתזה בהשתתפות צמחים ואצות ירוקות. הוא מכיל גם הרבה מתאן ופחמן דו חמצני, המיוצרים על ידי חיידקים ואורגניזמים חיים אחרים בתהליך של חילופי גזים במהלך הנשימה.

אבל מציאת עקבות של מתאן או חמצן באטמוספירה (כמו גם מים) היא עדיין לא סיבה לפתוח שמפניה. לדוגמה, מתאן יכול להימצא גם באטמוספירה של עצמים דמויי כוכבים - ננסים חומים.

וחמצן יכול להיווצר כתוצאה מפיצול אדי מים בהשפעת קרינה אולטרה סגולה חזקה. תנאים כאלה נצפים על כוכב הלכת GJ 1132b, שבו הטמפרטורה מגיעה ל-230 מעלות צלזיוס. החיים בתנאים כאלה הם בלתי אפשריים.

כדי שגז ייחשב כביוחתימה, יש להוכיח את מקורו הביוגני, כלומר, הוא צריך להיווצר דווקא כתוצאה מפעילותם של יצורים חיים. מקור כזה של גזים מצוין, למשל, על ידי השונות שלהם באטמוספירה. תצפיות מראות שרמות המתאן בכדור הארץ משתנות עם העונה (ופעילות היצורים החיים תלויה בעונה).

אם בכוכב אחר מתאן נעלם מהאטמוספירה, אז הוא מופיע (ואפשר לרשום זאת במהלך, למשל, שנה), זה אומר שמישהו פולט אותו.

מאדים התברר כאחד המקורות האפשריים של מתאן "חי" שוב. הסימנים הראשונים לכך באדמה נחשפו על ידי מכשירי התוכנית Viking, שנשלחו לכדור הארץ עוד בשנות ה-70 - רק במטרה לחפש חומר אורגני. המולקולות שהתגלו של מתאן בשילוב עם כלור נלקחו תחילה כראיה. אבל בשנת 2010, מספר חוקרים שינו את נקודת המבט הזו.

הם גילו שהפרכלורטים שכבר ידועים לנו באדמת מאדים, כשהם מחוממים, הורסים את רוב החומר האורגני. והדגימות מהוויקינגים היו מחוממות.

באטמוספירה של מאדים, עקבות מתאן התגלו לראשונה בשנת 2003. הממצא החיה מיד שיחות על יכולת המגורים של מאדים. העובדה היא שכל כמות משמעותית של גז זה באטמוספירה לא תימשך זמן רב, אלא תיהרס על ידי קרינה אולטרה סגולה. ואם מתאן לא יתפרק, מדענים הגיעו למסקנה שיש מקור קבוע לגז הזה על הכוכב האדום. ועדיין, למדענים לא היה אמון מוצק: הנתונים שהתקבלו לא שוללים שהמתאן שנמצא הוא אותו "זיהום".

אבל תצפיות מהרובר Curiosity בשנת 2019 תיעדו עלייה חריגה ברמות המתאן. יתרה מכך, התברר שכעת ריכוזו גבוה פי שלושה מרמת הגז שנרשמה ב-2013. ואז קרה דבר מסתורי עוד יותר - ריכוז המתאן שוב ירד לערכי רקע.

לחידת המתאן עדיין אין תשובה חד משמעית. לפי כמה גרסאות, הרובר עשוי להיות ממוקם בתחתית מכתש, שבו יש מקור תת קרקעי של מתאן, ושחרורו קשור לפעילות הטקטונית של כוכב הלכת.

עם זאת, חתימות ביולוגיות יכולות להיות די לא מובנות מאליהן. לדוגמה, בספטמבר 2020, צוות מאוניברסיטת קרדיף זיהה עקבות של גז פוספין על נוגה, תרכובת זרחן מיוחדת המעורבת בחילוף החומרים של חיידקים אנאירוביים.

בשנת 2019, הדמיות ממוחשבות הראו שלא ניתן ליצור פוספין על כוכבי לכת עם ליבה מוצקה אלא כתוצאה מפעילותם של אורגניזמים חיים. וכמות הפוספין שנמצאה על ונוס דיברה בעד העובדה שלא מדובר בטעות או בטומאה מקרית.

אבל מספר מדענים ספקנים לגבי התגלית. אסטרוביולוג ומומחה למצבים מופחתים של זרחן מתיו פאסק הציע שיש תהליך אקזוטי כלשהו שלא נלקח בחשבון על ידי הדמיות ממוחשבות. זה היה הוא שיכול להתרחש על ונוס. פאסק הוסיף כי מדענים עדיין לא בטוחים כיצד החיים על פני כדור הארץ מייצרים פוספין והאם הוא מיוצר על ידי אורגניזמים בכלל.

קבור באבן

סימן אפשרי נוסף לחיים, המזוהה שוב עם מאדים, הוא הימצאות בדגימות מכוכב הלכת של מבנים מוזרים הדומים לשאריות של יצורים חיים. אלה כוללים את מטאוריט מאדים ALH84001. הוא טס ממאדים לפני כ-13,000 שנה ונמצא באנטארקטיקה ב-1984 על ידי גיאולוגים שנסעו באופנועי שלג סביב גבעות אלן (ALH מייצג את גבעות אלן) באנטארקטיקה.

למטאוריט זה שני מאפיינים. ראשית, מדובר בדגימה של סלעים מתקופת אותו "מאדים רטוב", כלומר התקופה שבה יכלו להיות מים עליו. השני - נמצאו בו מבנים מוזרים, המזכירים עצמים ביולוגיים מאובנים. יתרה מכך, התברר שהם מכילים עקבות של חומר אורגני! עם זאת, "לחיידקים מאובנים" אלה אין שום קשר למיקרואורגניזמים יבשתיים.

הם קטנים מדי לכל חיים תאיים יבשתיים. עם זאת, ייתכן שמבנים כאלה מצביעים על קודמי החיים. ב-1996, דיוויד מקיי ממרכז ג'ונסון לנאס א ועמיתיו מצאו מה שנקרא פסאודומורפים במטאוריט - מבנים גבישיים יוצאי דופן המחקים צורה של (במקרה זה) גוף ביולוגי.

זמן קצר לאחר ההכרזה ב-1996, טימותי סווינדל, מדען פלנטרי מאוניברסיטת אריזונה, ערך סקר לא רשמי של למעלה מ-100 מדענים כדי לגלות כיצד הקהילה המדעית מרגישה לגבי הטענות.

מדענים רבים היו סקפטיים לגבי הטענות של קבוצת מקיי. בפרט, מספר חוקרים טענו כי תכלילים אלו עשויים להיווצר כתוצאה מתהליכים געשיים. התנגדות נוספת הייתה קשורה לממדים הקטנים מאוד (ננומטרים) של המבנים. עם זאת, התומכים התנגדו לכך שננובקטריות נמצאו על פני כדור הארץ. יש עבודה שמראה את חוסר ההבחנה הבסיסי של ננובקטריה מודרנית מחפצים מ-ALH84001.

הוויכוח נמצא במבוי סתום מאותה סיבה כמו במקרה של פוספין ונוס: עדיין אין לנו מושג קלוש כיצד נוצרים מבנים כאלה. אף אחד לא יכול להבטיח שהדמיון אינו מקרי. יתרה מכך, ישנם גבישים על פני כדור הארץ, כמו קריט, שקשה להבחין בהם מהשרידים ה"מאובנים" של אפילו חיידקים רגילים (שלא לדבר על ננו-בקטריה שנחקרו בצורה גרועה).

החיפוש אחר חיים מחוץ לכדור הארץ הוא כמו לרוץ אחרי הצל של עצמך. נראה שהתשובה לפנינו, רק צריך להתקרב. אבל הוא מתרחק, רוכש מורכבויות והסתייגויות חדשות. כך עובד המדע - על ידי ביטול "תוצאות חיוביות כוזבות". מה אם הניתוח הספקטרלי לא יפעל? מה אם מתאן על מאדים הוא רק אנומליה מקומית? מה אם המבנים שנראים כמו חיידקים הם רק משחק של הטבע? לא ניתן לשלול לחלוטין את כל הספקות.

בהחלט ייתכן שהתפרצויות חיים מופיעות כל הזמן ביקום - פה ושם. ואנחנו, עם הטלסקופים והספקטרומטרים שלנו, תמיד מאחרים לדייט. או להיפך, אנחנו מגיעים מוקדם מדי. אבל אם אתה מאמין בעקרון הקופרניקאי, שאומר שהיקום בכללותו הוא הומוגני ותהליכים ארציים חייבים להתרחש במקום אחר, במוקדם או במאוחר נצטלב. זה עניין של זמן וטכנולוגיה.