האם יש לנו הטיה פלנטרית בכל הנוגע להבנה היכן החיים יכולים להנציח? זה רק טבעי שאנחנו עושים זאת. אחרי הכל, אנחנו על אחד.
עם זאת, ייתכן שכוכבי לכת אינם נחוצים לחיים, וזוג מדענים מסקוטלנד ומארצות הברית מזמינים אותנו לשקול מחדש את הרעיון.
אנו מתמקדים בכוכבי לכת כבית גידול לחיים מכיוון שהם עומדים בתנאים הדרושים לקיום חיים. מים נוזליים, הטמפרטורה והלחץ הנכונים לשמור אותם במצב נוזלי והגנה מפני קרינה מזיקה הם הדרישות העיקריות לחיים פוטוסינתטיים.
אבל מה אם סביבות אחרות, אפילו כאלה המתוחזקות על ידי האורגניזמים עצמם, יכולות לספק גם את הצרכים הללו?
במחקר חדש שפורסם בכתב העתאסטרוביולוגיה, חוקרים מציינים שמערכות אקולוגיות יכולות ליצור ולקיים את התנאים הדרושים להישרדותן מבלי להידרש לכוכב לכת.
העיתון נקרא "בתי גידול חיים המקיימים את עצמם בסביבות מחוץ לכדור הארץהמחברים הם רובין וורדסוורת', פרופסור למדעי כדור הארץ וכוכבי הלכת בהרווארד, וצ'רלס קוקל, פרופסור לאסטרוביולוגיה בבית הספר לפיזיקה ואסטרונומיה באוניברסיטת אדינבורו.
"הגדרות סטנדרטיות למגורים מניחות שהחיים דורשים נוכחות של בארות כבידה פלנטריות כדי לייצב מים נוזליים ולווסת את טמפרטורת פני השטח", הם כותבים. "כאן מוערכות ההשלכות של הרפיית ההנחה הזו."
וורדסוורת' וקוקל כותבים כי מחסומים ומבנים שנוצרו ביולוגית יכולים לחקות את התנאים הפלנטריים המאפשרים חיים ללא הפלנטה. הם יכולים להכניס אור לפוטוסינתזה תוך חסימת אור UV. הם יכולים גם למנוע אובדן נדיף בעודם בוואקום ולשמור על טווח הטמפרטורה והלחץ הנדרשים כדי שהמים יישארו במצב נוזלי.
"מחסומים שנוצרו ביולוגית המסוגלים להעביר קרינה נראית לעין, לחסום אולטרה סגול ולקיים שיפוע טמפרטורה של 25-100 K והפרשי לחצים של 10 kPa כנגד ואקום החלל יכולים לאפשר תנאי מגורים בין 1 ל-5 יחידות אסטרונומיות במערכת השמש", הם אומרים. לִכתוֹב.
"כדי להבין את האילוצים על חיים מעבר לכדור הארץ, נוכל להתחיל בסקירה מדוע כוכב הבית שלנו הוא מלכתחילה בית גידול טוב לחיים", כותבים המחברים.
כדור הארץ עושה יותר מסתם לספק מים נוזליים והגנה מפני קרינה. זו מערכת שלמה עם שכבות של מורכבות אינטראקציה.
פני השטח של כוכב הלכת חשופים למקור אנרגיה נגיש בקלות מהשמש שמניע את כל הביוספרה. היסודות שאנו חושבים עליהם כחיוניים לחיים זמינים, אם כי לעתים מוגבלים: פחמן, מימן, חנקן, חמצן, זרחן וגופרית. הם מסתובבים דרך הביוספרה באמצעות געשיות וטקטוניקת הלוחות והופכים לזמינים שוב.
כדור הארץ מתחמצן גם באטמוספירה ועל פני השטח, ומצטמצם באזורים אחרים כמו משקעים ותת הקרקע העמוק. זה מאפשר "ניצול של גרדיאנטים של חיזור למטרות מטבוליות", מסבירים המחברים.
התנאים האלה לא קיימים במקומות אחרים. אסטרוביולוגיה מכוונת לירחים הקפואים של מערכת השמש בגלל האוקיינוסים החמים והמלוחים שלהם. אבל האם יש להם מחזורי תזונה?
לעצמים בעלי מסה נמוכה במערכת השמש החיצונית יש שטח פנים נרחב, אך אנרגיית השמש חלשה. לא סביר שהם יוכלו להחזיק באטמוספירה שלהם, כך שהלחץ והטמפרטורה הנכונים למים נוזליים אינם בהישג יד. הם גם לא מוגנים מקרינת UV וקרניים קוסמיות.
"כדי להתמיד מעבר לכדור הארץ", כותבים המחברים, "כל אורגניזם חי חייב לשנות או להסתגל לסביבתו מספיק כדי להתגבר על האתגרים הללו".
המחברים כותבים כי חומרים ביולוגיים כאן על כדור הארץ כבר יכולים לעשות זאת. זה סביר שמערכות אקולוגיות יכולות לפתח את התנאים להישרדותן, ואם חיים פוטוסינתטיים יכולים לעשות זאת בוואקום של החלל, אז גם אנחנו יכולים. זה יהיה יתרון גדול לחקר החלל האנושי.
זה מתחיל במים, וכשמדובר במים נוזליים, מדענים מתייחסים אליהםנקודה משולשת. נקודה משולשת היא נקודת התייחסות תרמודינמית המסבירה מעברי פאזה וכיצד מים מתנהגים בלחצים וטמפרטורות שונות.
"הלחץ המינימלי הנדרש לשמירה על מים נוזליים הוא הנקודה המשולשת: 611.6 Pa ב-0?C (273 K)", מסבירים החוקרים. מספר זה עולה לכמה kPa בין 15 ל-25 צלזיוס.
ציאנובקטריה יכולה לגדול עם לחצים של 10 kPa במרחב האוויר, כל עוד האור, הטמפרטורה וה-pH נמצאים בטווחים הנכונים. השאלה היא, האם יצורים חיים שאנו מכירים מייצרים קירות שיכולים לשמור על 10 kPa?
"הפרשי לחץ פנימיים בסדר גודל של 10 kPa נשמרים בקלות על ידי חומרים ביולוגיים ולמעשה נפוצים באורגניזמים מקרוסקופיים על פני כדור הארץ", כותבים המחברים. "עליית לחץ הדם מהראש ועד כפות הרגליים של אדם בגובה 1.5 מ' היא בסביבות 15 kPa."
אצות יכולות גם לשמור על לחצים פנימיים של ציפה של 15-25 kPa על ידי שחרור CO2מפוטוסינתזה.
טמפרטורה היא השיקול הבא כשמדובר במים נוזליים. כדור הארץ שומר על הטמפרטורה שלו באמצעות אפקט החממה האטמוספרי. אבל גופים סלעיים קטנים, למשל, לא צפויים לשחזר זאת.
"לכן, בית גידול שנוצר ביולוגית חייב להשיג את אותה השפעה באמצעות פיזיקת המצב המוצק", כותבים המחברים.
האנרגיה הנכנסת והאנרגיה היוצאת צריכות להיות מאוזנות, וכמה אורגניזמים על פני כדור הארץ התפתחו כדי לשמור על איזון זה.
"נמלים כסף סהרה, למשל, פיתחו את היכולת לשפר הן את רפלקטיביות פני השטח שלהן לאינפרא אדום והן את הפליטה התרמית שלהן, מה שמאפשר להן לשרוד בטמפרטורות סביבה מעל לטווח של כל פרוקי רגליים ידועים אחרים", כותבים וורדסוורת' וקוקל. זה מאפשר להם לשרוד על ידי חיפוש מזון בחום היום שבו הטורפים חייבים להישאר מחוץ לשמש.
בני אדם יצרו אירוג'לים של סיליקה עם צפיפות נמוכה במיוחד ומוליכות תרמית. אמנם אין מקבילות ביולוגיות ישירות, אך המחברים כותבים כי "בטבע קיימים אורגניזמים רבים המייצרים מבני סיליקה מורכבים".
למעשה, כמה דיאטומים יכולים לייצר מבני סיליקה על ידי מניפולציה של חלקיקי סיליקה קטנים מאלה המשמשים בתהליכי הייצור שלנו. אירוג'לים המיוצרים מחומרים אורגניים הם בעלי מאפיינים דומים לאלו המלאכותיים.
"בהתחשב בכך, סביר שחומרים בעלי בידוד גבוה יכולים להיות מיוצרים באופן מלאכותי מחומרי הזנה ביוגניים או אפילו ישירות על ידי אורגניזמים חיים", כותבים המחברים.
המחברים חישבו שסוגים אלה של מבנים יכולים לשמור על הטמפרטורה והלחץ הנכונים לשמירה על מים נוזליים.
"כפי שניתן לראות, שמירה על טמפרטורה פנימית ב-288 K אפשרית לטווח רחב של מרחקים מסלוליים", הם מסבירים. "חישוב זה מניח בית גידול צף חופשי, אך שיקולים דומים חלים על בתי גידול על פני השטח של, ירח או כוכב לכת."
אובדן נדיף הוא בעיה נוספת. בית גידול שאינו יכול להחזיק את האטמוספירה שלו אינו יכול לשמור על הטמפרטורה והלחץ הדרושים למים נוזליים.
"לכל החומרים יש חדירות מסוימת לאטומים ולמולקולות קטנות, ולאורך טווחי זמן ארוכים, ואקום החלל מייצג כיור קבוע במהותו של מינים נדיפים", מסבירים המחברים.
ניתן לפתור זאת על ידי אותם מחסומים השומרים על לחץ וטמפרטורה. "עיכוב של בריחה נדיפה יושג בקלות רבה ביותר על ידי אותו חלק בקיר בית הגידול האחראי לשמירה על הפרש הלחץ הדרוש לייצוב מים נוזליים", כותבים המחברים.
המחברים שוקלים גם את ההשפעות של קרינת UV. קרינה יכולה להיות קטלנית, אבל יש דוגמאות לחיים כאן על כדור הארץ שהתפתחו כדי להבין זאת.
"עם זאת, הוא נחסם בקלות על ידי תרכובות כמו סיליקה אמורפית וברזל מופחת, המחלישות את ה-UV בביופילמים וסטרומטוליטים מצורפים היום מבלי לחסום את הקרינה הנראית הנראית הדרושה לפוטוסינתזה", הם כותבים.
הזמינות של אנרגיית השמש לפוטוסינתזה כנראה אינה מהווה מחסום רב בחלקים רבים של מערכת השמש. המחברים מציינים כי אצות ארקטיות גדלות באור חלש ביותר מתחת לקרח.
יידרש סוג כלשהו של מחזור תזונה, בדיוק כמו בכדור הארץ. "לטווח ארוך, שיקול נוסף הוא היכולת של מערכת אקולוגית בלולאה סגורה לעבד מוצרי פסולת כגון חומר אורגני סורר ולקיים שיפוע חיזור פנימי", מסבירים המחברים.
החום הקיצוני בחלק הפנימי של כדור הארץ גורם לכך, אבל בלי הקיצוניות הללו, "מערכת אקולוגית בלולאה סגורה לחלוטין בחלל תדרוש חלוקה פנימית כלשהי כדי לבסס שיפועים כימיים וביוטה מתמחה המסוגלת לפרק מוצרי פסולת סוררים", הם כותבים.
במאמרם, המחברים מכסים גורמים אחרים כמו גודל התא והגורמים המגבילים את גודלם של אורגניזמים חד-תאיים ואורגניזמים גדולים ומורכבים יותר. הם מסיקים שלא ניתן לשלול בתי גידול חיים אוטונומיים לחלוטין.
"עם זאת, מערכת אוטונומית מלאה המסוגלת להתחדש ולצמוח, ככל הנראה, אינה אסורה על ידי אילוצים פיזיים או כימיים כלשהם ולכן מעניין לשקול עוד קצת", הם כותבים.
זה אפשרי כל עוד המערכת יכולה לשקם את הקירות שלה. המחברים מציינים שחיים פוטוסינתטיים קיימים כבר יכולים לייצר סיליקה אמורפית ופולימרים אורגניים. חומרים אלה יכולים לשמש כקירות ולפחות להראות שיש מסלול שבו אורגניזמים יכולים להתפתח ליצירת חומות בית גידול.
"בית גידול חי אוטונומי יותר יוכל לגדל חומר דופן משלו, בדיוק כפי שתאי צמחים מחדשים את הקירות שלהם בקנה מידה של מיקרומטר", הם מסבירים.
אנו נוטים לחשוב שאם חיים קיימים במקומות אחרים, הם הולכים באותו מסלול אבולוציוני כפי שהם עשו כאן על כדור הארץ, אבל אולי זה לא נכון. "מכיוון שאולי התפתחות החיים במקומות אחרים עקבה אחר מסלולים שונים מאוד מכדור הארץ, בתי גידול חיים יכולים להתקיים גם מחוץ לסביבות חיים מסורתיות סביב כוכבים אחרים, שם יהיו להם חתימות ביולוגיות יוצאות דופן אך פוטנציאליות לזיהוי", כותבים המחברים.
המחברים שואלים, "האם סוג המבנים הביולוגיים שאנו דנים בו כאן יכול להתפתח באופן טבעי, ללא התערבות אינטליגנטית?" הם טוענים שחיים לא חיים יכולים לקיים את כל התנאים הדרושים כדי לשרוד בסביבות מחוץ לכדור הארץ.
"החיים על פני כדור הארץ עדיין לא עשו זאת, למרות שהם בהחלט הסתגלו למגוון רחב יותר ויותר של תנאים סביבתיים לאורך זמן", הם מסכמים. "חקירת הסבירות של מסלולים אבולוציוניים שונים לחיים בתנאי גבול פלנטריים חלופיים תהיה נושא מעניין למחקר עתידי."
מאמר זה פורסם במקור על ידיהיקום היום. קרא אתמאמר מקורי.
