ASTROBIOLOGIE: HISTORIE, PŘEDMĚT STUDIA A VÝZNAM - BIOLOGIE - 2025

Astrobiologie nebo Exobiology je odvětví biologie, která se zabývá problematikou původu, distribuci a dynamiku života v kontextu z obou naší planety, jako celý vesmír. Dalo by se tedy říci, že jako věda je astrobiologie vesmírem, jaká biologie je pro planetu Zemi.

Vzhledem k širokému spektru působení astrobiologie se do ní vnášejí další vědy, jako jsou: fyzika, chemie, astronomie, molekulární biologie, biofyzika, biochemie, kosmologie, geologie, matematika, výpočetní technika, sociologie, antropologie, archeologie.

Obrázek 1. Umělecký výklad souvislosti mezi životem a průzkumem vesmíru. Zdroj: NASA / Cheryse Triano

Astrobiologie pojímá život jako jev, který by mohl být „univerzální“. Zabývá se jejich možnými kontexty nebo scénáři; jeho požadavky a minimální podmínky; zapojené procesy; jeho expanzivní procesy; mimo jiné témata. Neomezuje se na inteligentní život, ale zkoumá každý možný typ života.

Historie astrobiologie

Historie astrobiologie snad sahá až do počátků lidstva jako druhu a jeho schopnosti zpochybňovat se o vesmíru a životě na naší planetě. Odtud vycházejí první vize a vysvětlení, které jsou stále přítomny v mýtech mnoha lidí dnes.

Aristotelská vize

Aristoteliánská vize považovala Slunce, Měsíc, zbytek planet a hvězd za dokonalé koule, které nás obíhaly a vytvářely kolem nás soustředné kruhy.

Tato vize představovala geocentrický model vesmíru a byla to koncepce, která poznačila lidstvo během středověku. Pravděpodobně nemohl dát smysl v té době otázku existence „obyvatel“ mimo naši planetu.

Copernican pohled

Ve středověku navrhl Nicolás Copernicus svůj heliocentrický model, který umístil Zemi jako jednu další planetu otáčející se kolem Slunce.

Tento přístup hluboce ovlivnil způsob pohledu na zbytek vesmíru a dokonce i pohled na sebe, protože nás zavedl na místo, které možná nebylo tak „zvláštní“, jak jsme si mysleli. Potom je možnost existence jiných planet podobných naší a s tím i jiného života, než jaký známe.

Obrázek 2. Heliocentrický systém Copernicus. Zdroj: Public domain, prostřednictvím Wikimedia Commons

První myšlenky mimozemského života

Francouzský spisovatel a filozof Bernard le Bovier de Fontenelle na konci 17. století již navrhl, že život může existovat i na jiných planetách.

V polovině 18. století mnoho vědců spojených s osvícením psalo o mimozemském životě. I přední astronomové té doby jako Wright, Kant, Lambert a Herschel předpokládali, že by mohly být obývány planety, měsíce a dokonce i komety.

Tak začalo devatenácté století s většinou vědců, filosofů a akademických teologů, kteří sdíleli víru o existenci mimozemského života na téměř všech planetách. To bylo v té době považováno za spolehlivý předpoklad založený na rostoucím vědeckém porozumění vesmíru.

Drtivé rozdíly mezi nebeskými tělesy sluneční soustavy (pokud jde o jejich chemické složení, atmosféru, gravitaci, světlo a teplo) byly ignorovány.

S tím, jak se síla dalekohledů zvyšovala a s příchodem spektroskopie, astronomové dokázali pochopit chemii blízkých planetárních atmosfér. Lze tedy vyloučit, že okolní planety byly obývány organismy podobnými pozemským.

Předmět studia astrobiologie

Astrobiologie se zaměřuje na studium následujících základních otázek:

• Co je život?
• Jak vznikl život na Zemi?
• Jak se vyvíjí a vyvíjí život?
• Existuje život kdekoli ve vesmíru?
• Jaká je budoucnost života na Zemi a jinde ve vesmíru, pokud existuje?

Z těchto otázek vyvstává mnoho dalších otázek, které se vztahují k předmětu studia astrobiologie.

Mars jako model pro studium a průzkum vesmíru

Rudá planeta Mars byla poslední baštou hypotéz mimozemského života ve sluneční soustavě. Myšlenka existence života na této planetě zpočátku pocházela z pozorování astronomů na konci 19. a počátku 20. století.

Tvrdili, že znaky na povrchu Marsu byly ve skutečnosti kanály vytvořené populací inteligentních organismů. Tyto vzory jsou nyní považovány za produkt větru.

Mise

Vesmírné sondy Mariner ilustrují vesmírný věk, který začal na konci 50. let 20. století. Tato éra umožnila přímo vizualizovat a prozkoumat planetární a lunární povrchy ve sluneční soustavě; čímž se vyloučí nároky na mnohočetné a snadno rozpoznatelné mimozemské formy života ve sluneční soustavě.

V roce 1964 vyslala NASA Mariner 4 mise první detailní fotografie povrchu Marsu, zobrazující v podstatě pouštní planetu.

Následné mise na Mars a vnější planety však umožnily podrobný pohled na tato těla a jejich měsíce a, zejména v případě Marsu, částečné porozumění jejich rané historii.

V různých mimozemských prostředích vědci zjistili, že prostředí se příliš neliší od obydlených prostředí na Zemi.

Nejdůležitějším závěrem těchto prvních vesmírných misí bylo nahrazení spekulativních předpokladů chemickými a biologickými důkazy, což umožňuje objektivní studium a analýzu.

Je na Marsu život? Mise

V první řadě výsledky misí Mariner podporují hypotézu neexistence života na Marsu. Musíme si však uvědomit, že byl hledán makroskopický život. Následné mise zpochybnily nepřítomnost mikroskopického života.

Obrázek 3. Orbitální a pozemní sonda mise Viking. Zdroj: Don Davis, přes Wikimedia Commons

Například ze tří experimentů určených k detekci života provedených pozemní sondou mise Viking byly dva pozitivní a jeden negativní.

Navzdory tomu většina vědců zapojených do experimentů sond Viking souhlasí, že na Marsu neexistují žádné důkazy o bakteriálním životě a výsledky jsou oficiálně neprůkazné.

Obrázek 4. Přistávací sonda (Lander) mise Viking. Zdroj: NASA / JPL-Caltech / University of Arizona, přes Wikimedia Commons

Mise

Na základě kontroverzních výsledků misí Viking zahájila Evropská kosmická agentura (ESA) v roce 2003 misi Mars Express, která byla navržena speciálně pro exobiologické a geochemické studie.

Tato mise zahrnovala sondu zvanou Beagle 2 (homonymní s lodí, po které cestoval Charles Darwin), která měla hledat známky života na mělkém povrchu Marsu.

Tato sonda bohužel ztratila kontakt se Zemí a nemohla uspokojivě plnit své poslání. Podobný osud měl v roce 1999 sonda NASA „Mars Polar Lander“.

Mise

Po těchto neúspěšných pokusech v květnu 2008 dosáhla Phoenixská mise NASA na Mars a za 5 měsíců získala mimořádné výsledky. Jeho hlavní výzkumné cíle byly exobiologické, klimatické a geologické.

Tato sonda byla schopna prokázat existenci:

• Sníh v atmosféře Marsu.
• Voda ve formě ledu pod horními vrstvami této planety.
• Základní půdy s pH mezi 8 a 9 (alespoň v oblasti blízko sestupu).
• Kapalná voda na povrchu Marsu v minulosti

Průzkum Marsu pokračuje

Průzkum Marsu pokračuje dnes pomocí špičkových robotických nástrojů. Mise Rovers (MER-A a MER-B) poskytly působivý důkaz, že na Marsu byla voda.

Například byl nalezen důkaz čerstvé vody, vroucí prameny, hustá atmosféra a aktivní vodní cyklus.

Obrázek 5. Výkres modelu Rover MER-B (Opportunity) na povrchu Marsu. Zdroj: NASA / JPL / Cornell University, Maas Digital LLC, přes Wikimedia Commons

Na Marsu byly získány důkazy, že některé horniny byly formovány v přítomnosti kapalné vody, jako je Jarosite, detekované MER-B (Opportunity) Rover, který byl aktivní od roku 2004 do roku 2018.

Rover MER-A (zvědavost) změřil sezónní výkyvy v metanu, které vždy souvisely s biologickou aktivitou (data publikovaná v roce 2018 v časopise Science). Nalezl také organické molekuly, jako je thiofen, benzen, toluen, propan a butan.

Obrázek 6. Sezónní kolísání hladin metanu na Marsu, měřeno Rover MER-A (zvědavost). Zdroj: NASA / JPL-Caltech

Na Marsu byla voda

Ačkoli je povrch Marsu dnes nehostinný, existuje jasný důkaz, že v dávné minulosti umožnilo marťanské klima na povrchu akumulovat kapalnou vodu, nezbytnou složku života, jak ji známe.

Data společnosti Rover MER-A (Zvědavost) ukazují, že před miliardami let obsahovalo jezero v kráteru Gale všechny ingredience nezbytné pro život, včetně chemických složek a zdrojů energie.

Marťanské meteority

Někteří vědci považují marťanské meteority za dobré zdroje informací o planetě, dokonce naznačují, že existují přirozené organické molekuly a dokonce i mikrofosílie bakterií. Tyto přístupy jsou předmětem vědecké debaty.

Obrázek 7. Mikroskopický pohled na vnitřní strukturu meteoritu ALH84001, ukazující struktury podobné bacilům. Zdroj: NASA, přes Wikimedia Commons

Tyto meteority z Marsu jsou velmi vzácné a představují pouze přímo analyzovatelné vzorky červené planety.

Panspermie, meteority a komety

Jedna z hypotéz, která upřednostňuje studium meteoritů (a také komet), se nazývala panspermie. To spočívá v předpokladu, že v minulosti došlo k kolonizaci Země mikroorganizmy, které se dostaly dovnitř těchto meteoritů.

Dnes existují také hypotézy, které naznačují, že suchozemská voda pocházela z komet, které v minulosti bombardovaly naši planetu. Navíc se věří, že tyto komety s sebou mohly přinést prvotní molekuly, které umožnily vývoj života nebo dokonce již rozvinutý život uložený uvnitř nich.

Nedávno v září 2017 Evropská kosmická agentura (ESA) úspěšně dokončila misi Rosseta, která byla zahájena v roce 2004. Tato mise spočívala v průzkumu komety 67P / Churyumov-Gerasimenko s Philaeho sondou, která ji dosáhla a obešla, aby pak sestoupit. Výsledky této mise jsou stále předmětem studia.

Význam astrobiologie

Fermiho paradox

Dá se říci, že původní otázka, která motivuje studium Aastrobiologie, je: Jsme sami ve vesmíru?

Jen v Mléčné dráze existují stovky miliard hvězdných systémů. Tato skutečnost spojená s věkem vesmíru naznačuje, že život by měl být v naší galaxii běžným jevem.

V tomto ohledu je otázka, kterou položil fyzik Nobelovy ceny vyhrávající Enrico Fermi, slavná: „Kde jsou všichni?“ života.

Otázka nakonec vedla k vzniku paradoxu, který nese jeho jméno a který je uveden následujícím způsobem:

Program SETI a Hledání mimozemské inteligence

Jednou z možných odpovědí na Fermiho paradox by mohlo být, že civilizace, o nichž si myslíme, že tam skutečně jsou, ale my jsme je nehledali.

V roce 1960 zahájil Frank Drake spolu s dalšími astronomy program Hledání mimozemské inteligence (SETI).

Tento program vyvinul společné úsilí s NASA při hledání známek mimozemského života, jako jsou rádiové a mikrovlnné signály. Otázky, jak a kde hledat tyto signály, vedly k velkému pokroku v mnoha oborech vědy.

Obrázek 8. Rádiový dalekohled používaný společností SETI v Arecibo v Portoriku. Zdroj: JidoBG, z Wikimedia Commons

V roce 1993 americký Kongres zrušil financování NASA za tímto účelem v důsledku mylných představ o smyslu toho, co vyhledávání naznačuje. Dnes je projekt SETI financován ze soukromých zdrojů.

Projekt SETI dokonce vytvořil hollywoodské filmy, jako je Contact, v hlavní roli herečka Jodie Fosterová a inspirovaná románem stejného jména, který napsal světoznámý astronom Carl Sagan.

Drakeova rovnice

Frank Drake odhadl počet civilizací s komunikačními schopnostmi pomocí výrazu, který nese jeho jméno:

N = R * xf _p xn _e xf _l xf _i xf _c x L

Kde N představuje počet civilizací se schopností komunikovat se Zemí a je vyjádřen jako funkce dalších proměnných, jako například:

• R *: rychlost tvorby hvězd podobná našemu slunci
• f _p: zlomek těchto hvězdných systémů s planetami
• n _e: počet planet podobných Zemi na planetární systém
• f _l: zlomek těchto planet, kde se vyvíjí život
• f _i: zlomek, ve kterém vzniká inteligence
• f _c: zlomek komunikačně vhodných planet
• L: „životnost“ těchto civilizací.

Drake formuloval tuto rovnici jako nástroj k „dimenzování“ problému, spíše než jako prvek pro konkrétní odhady, protože mnoho z jeho pojmů je velmi obtížné odhadnout. Existuje však shoda v tom, že počet, který má tendenci házet, je velký.

Nové scénáře

Je třeba poznamenat, že když byla Drakeova rovnice formulována, existovalo jen velmi málo důkazů o planetách a měsících mimo naši sluneční soustavu (exoplanety). V 90. letech se objevily první důkazy o exoplanetách.

Obrázek 9. Keplerův dalekohled. Zdroj: NASA, přes Wikimedia Commons

Například Keplerova mise NASA detekovala 3 538 kandidátů na exoplanety, z nichž nejméně 1 000 je považováno za „v obytné zóně“ uvažovaného systému (vzdálenost, která umožňuje existenci tekuté vody).

Astrobiologie a zkoumání konců Země

Jednou z předností astrobiologie je to, že inspirovalo do velké míry touhu prozkoumat naši vlastní planetu. To s nadějí na analogické pochopení fungování života v jiných prostředích.

Například studium hydrotermálních průduchů na dně oceánu nám poprvé umožnilo pozorovat život nesouvisející s fotosyntézou. Jinými slovy, tyto studie nám ukázaly, že mohou existovat systémy, ve kterých život nezávisí na slunečním světle, což bylo vždy považováno za nezbytný požadavek.

To nám umožňuje předpokládat možné scénáře života na planetách, kde lze získat tekutou vodu, ale pod silnými vrstvami ledu, což by zabránilo přílivu světla do organismů.

Dalším příkladem je studium suchých údolí Antarktidy. Tam získali fotosyntetické bakterie, které přežily chráněné uvnitř hornin (endolytické bakterie).

V tomto případě hornina slouží jako opora i jako ochrana před nepříznivými podmínkami místa. Tato strategie byla objevena také v solných bytech a horkých pramenech.

Obrázek 10. McMurdo Dry Valleys v Antarktidě, jedno z míst na Zemi nejpodobnějších Marsu. Zdroj: Ministerstvo zahraničí USA ze Spojených států, prostřednictvím Wikimedia Commons

Astrobiologické perspektivy

Vědecké hledání mimozemského života bylo dosud neúspěšné. Ale je stále sofistikovanější, protože astrobiologický výzkum přináší nové poznatky. Další desetiletí astrobiologického průzkumu uvidí:

• Větší úsilí o prozkoumání Marsu a ledových měsíců Jupiteru a Saturn.
• Nebývalá schopnost pozorovat a analyzovat extrasolární planety.
• Větší potenciál navrhovat a studovat jednodušší formy života v laboratoři.

Všechny tyto pokroky nepochybně zvýší naši pravděpodobnost nalezení života na planetách podobných Zemi. Ale možná mimozemský život v galaxii neexistuje nebo je natolik rozptýlený, že nemáme téměř žádnou šanci jej najít.

I když je tento scénář pravdivý, výzkum v astrobiologii stále více rozšiřuje naši perspektivu života na Zemi a jejího místa ve vesmíru.

Reference

1. Chela-Flores, J. (1985). Evoluce jako kolektivní jev. Journal of Theoretical Biology, 117 (1), 107-118. doi: 10,016 / s0022-5193 (85) 80166-1
2. Eigenbrode, JL, Summons, RE, Steele, A., Freissinet, C., Millan, M., Navarro-González, R.,… Coll, P. (2018). Organické hmoty konzervované ve 3 miliardách letých bahnech v kráteru Gale na Marsu. Science, 360 (6393), 1096-1101. doi: 10,1216 / science.aas9185
3. Goldman, AD (2015). Astrobiologie: Přehled. In: Kolb, Vera (eds). ASTROBIOLOGY: Evoluční přístup CRC Press
4. Goordial, J., Davila, A., Lacelle, D., Pollard, W., Marinova, MM, Greer, CW,… Whyte, LG (2016). Dosažení chladných vyprahlých mezí mikrobiálního života v permafrostu horního suchého údolí, Antarktidy. The ISME Journal, 10 (7), 1613–1624. doi: 10,1038 / ismej.2015.239
5. Krasnopolsky, VA (2006). Některé problémy se týkaly původu metanu na Marsu. Icarus, 180 (2), 359–367. doi: 10,016 / j.icarus 2005.10.015
6. LEVIN, GV a STRAAT, PA (1976). Experiment s biologií uvolnění podle Vikinga: Prozatímní výsledky. Science, 194 (4271), 1322-1329. doi: 10.1126 / science.194.4271.1322
7. Ten Kate, IL (2018). Organické molekuly na Marsu. Science, 360 (6393), 1068-1069. doi: 10,1216 / science.aat2662
8. Webster, CR, Mahaffy, PR, Atreya, SK, Moores, JE, Flesch, GJ, Malespin, C.,… Vasavada, AR (2018). Hladiny pozadí metanu v atmosféře Marsu ukazují silné sezónní výkyvy. Science, 360 (6393), 1093-1096. doi: 10,1126 / science.aaq0131
9. Whiteway, JA, Komguem, L., Dickinson, C., Cook, C., Illnicki, M., Seabrook, J.,… Smith, PH (2009). Mars Water-Ice Clouds and Precipitation. Science, 325 (5936), 68-70. doi: 10.1126 / science.1172344