אסטרוביולוגיה: היסטוריה, מושא המחקר וחשיבותו - ביולוגיה - 2025

האסטרוביולוגיה או exobiology היא ענף של הביולוגיה העוסק מוצא, הפצה הדינמיקה של החיים בהקשר של שניהם כוכב הלכת שלנו, כמו היקום כולו. נוכל לומר אם כן שככל שהאסטרוביולוגיה מדעית היא ליקום, מהי הביולוגיה לכדור הארץ.

בשל ספקטרום הפעולה הרחב של האסטרוביולוגיה, מדעים אחרים מתכנסים בו כמו: פיזיקה, כימיה, אסטרונומיה, ביולוגיה מולקולרית, ביופיזיקה, ביוכימיה, קוסמולוגיה, גיאולוגיה, מתמטיקה, מחשוב, סוציולוגיה, אנתרופולוגיה, ארכיאולוגיה, ועוד.

תרשים 1. פרשנות אומנותית לקשר בין חיים לחקר החלל. מקור: NASA / Cheryse Triano

האסטרוביולוגיה מגדירה את החיים כתופעה שיכולה להיות "אוניברסאלית". הוא עוסק בהקשרים או בתרחישים האפשריים שלהם; דרישותיו ותנאי המינימום שלה; התהליכים המעורבים; התהליכים הרחבים שלה; בין שאר הנושאים. הם לא מוגבלים לחיים תבוניים, אלא בוחנים כל סוג חיים אפשרי.

היסטוריה של אסטרוביולוגיה

ההיסטוריה של האסטרוביולוגיה מתוארכת אולי לראשיתה של האנושות כמין ויכולתו להטיל ספק בעצמו לגבי הקוסמוס והחיים בכוכב הלכת שלנו. משם עולים החזונות וההסברים הראשונים שעדיין קיימים במיתוסים של עמים רבים כיום.

החזון האריסטוטלי

החזון האריסטוטלי התייחס לשמש, לירח, לשאר כוכבי הלכת והכוכבים, כספירות מושלמות שהקיפו אותנו והפכו סביבנו מעגלים קונצנטריים.

חזון זה היווה את המודל הגיאוצנטרי של היקום והיה התפיסה שסימנה את האנושות במהלך ימי הביניים. כנראה שלא יכול היה להיות הגיוני באותה תקופה, שאלת קיומם של "תושבים" מחוץ לכוכב הלכת שלנו.

הנוף הקופרניקאי

בימי הביניים הציע ניקולאס קופרניקוסוס את המודל ההליוצנטרי שלו, שהציב את כדור הארץ ככוכב לכת נוסף, שסביב השמש.

גישה זו השפיעה באופן עמוק על דרך ההתבוננות בשאר היקום ואפילו על ההתבוננות בעצמנו, שכן היא הציבה אותנו במקום שאולי לא היה "מיוחד" כמו שחשבנו. ואז האפשרות לקיומם של כוכבי לכת אחרים הדומים לשלנו ובעזרתם, לחיים השונים מזו שאנו מכירים.

איור 2. המערכת ההליוצנטרית של קופרניקוס. מקור: רשות הרבים, באמצעות ויקימדיה Commons

רעיונות ראשונים לחיים מחוץ לכדור הארץ

הסופר והפילוסוף הצרפתי, ברנרד לה בובייה דה פונטנל, הציע כבר בסוף המאה ה -17 שהחיים יוכלו להתקיים בכוכבי לכת אחרים.

באמצע המאה ה -18 רבים מהמלומדים הקשורים להארה כתבו על חיים מחוץ לכדור הארץ. אפילו אסטרונומים מובילים באותה תקופה כמו רייט, קאנט, למברט והרשל, הניחו שאפשר היה מיושב בכוכבי לכת, ירחים ואפילו שביטים.

כך החל המאה התשע-עשרה עם רוב המדענים, הפילוסופים והתיאולוגים האקדמיים, כשהם חולקים את האמונה בקיומם של חיי חוץ-שטח על כמעט כל כוכבי הלכת. זו נחשבה אז להנחה צלולה, המבוססת על הבנה מדעית הולכת וגוברת של הקוסמוס.

ההבדלים המכריעים בין הגופים השמימיים של מערכת השמש (ביחס להרכבם הכימי, אטמוספרה, כוח משיכה, אור וחום), התעלמו.

עם זאת, ככל שעוצמת הטלסקופים גדלה ועם הופעת הספקטרוסקופיה, האסטרונומים הצליחו להתחיל להבין את הכימיה של האטמוספירה הפלנטרית הסמוכה. כך ניתן לשלול כי כוכבי לכת סמוכים מאוכלסים על ידי אורגניזמים הדומים לאלה יבשתיים.

מושא לימוד האסטרוביולוגיה

האסטרוביולוגיה מתמקדת בחקר השאלות הבסיסיות הבאות:

• מהם החיים?
• איך קמו החיים על פני כדור הארץ?
• איך החיים מתפתחים ומתפתחים?
• האם יש חיים במקום אחר ביקום?
• מה עתיד החיים על כדור הארץ ובמקומות אחרים ביקום, אם הם קיימים?

שאלות רבות אחרות עולות משאלות אלו, הקשורות כולן למושא המחקר של האסטרוביולוגיה.

מאדים כמודל לחקר ולחקירת חלל

הכוכב האדום, מאדים, היה מעוז ההשערות האחרון לחיים מחוץ לכדור הארץ בתוך מערכת השמש. רעיון קיומם של חיים בכוכב לכת זה הגיע בתחילה מתצפיות שנעשו על ידי אסטרונומים בסוף המאה ה -19 ובתחילת המאה העשרים.

הם טענו כי הסימנים על פני המאדים היו למעשה תעלות שנבנו על ידי אוכלוסיה של אורגניזמים נבונים. דפוסים אלה נחשבים כיום כתוצר הרוח.

המשימות

בדיקות החלל במרינר מדגימות את עידן החלל שהחל בסוף שנות החמישים.עידן זה אפשר היה לדמיין ישירות את המשטחים הפלנטריים והירחיים במערכת השמש; ובכך פוסל את טענות צורות החיים החוץ-רחביות רב-תאים וניתנים לזיהוי במערכת השמש.

בשנת 1964 משימת Mariner 4 של נאס"א שלחה את צילומי התקריב הראשונים של משטח המאדים, ובהם נראה כוכב לכת מדברי.

עם זאת, משימות עוקבות אחר מאדים וכוכבי הלכת החיצוניים אפשרו תצוגה מפורטת של אותם גופות וירחיהם ובמיוחד במקרה של מאדים הבנה חלקית של ההיסטוריה המוקדמת שלהם.

במצבים שונים מחוץ לכדור הארץ, המדענים מצאו סביבות שאינן שונות מאוד מסביבות מיושב בכדור הארץ.

המסקנה החשובה ביותר של משימות חלל ראשונות אלה הייתה החלפת הנחות ספקולטיביות בראיות כימיות וביולוגיות, המאפשרת ללמוד ולנתח אותה באופן אובייקטיבי.

האם יש חיים על מאדים? המשימה

מלכתחילה, תוצאות משימות מארינר תומכות בהשערה של אי קיום החיים במאדים. עם זאת, עלינו לקחת בחשבון כי חיפשו חיים מקרוסקופיים. משימות שלאחר מכן עוררו ספק בהיעדרם של חיים מיקרוסקופיים.

איור 3. איור 3. בדיקה מסלולית ויבשתית של משימת ויקינג. מקור: דון דיוויס, באמצעות ויקימדיה

לדוגמה, משלושת הניסויים שנועדו לאתר חיים, שבוצעו על ידי בדיקת השטח של משימת הוויקינגים, שניים היו חיוביים ואחד שלילי.

למרות זאת, מרבית המדענים המעורבים בניסויי החללית הוויקינגית מסכימים כי אין הוכחות לחיי חיידקים במאדים והתוצאות אינן חד משמעיות.

איור 4. איור 4. בדיקת נחיתה (Lander) של משימת ויקינג. מקור: NASA / JPL-Caltech / אוניברסיטת אריזונה, באמצעות Wikimedia Commons

משימות

בעקבות התוצאות השנויות במחלוקת של משימות ויקינג, סוכנות החלל האירופית (ESA) השיקה את משימת מארס אקספרס בשנת 2003, שתוכננה במיוחד למחקרים אקסוביולוגיים וגיאוכימיים.

משימה זו כללה בדיקה בשם ביגל 2 (שם נרדף לספינה בה נסע צ'ארלס דארווין), שנועדה לחפש אחר סימני חיים על פני השטח הרדודים של מאדים.

בדיקה זו למרבה הצער איבדה קשר עם כדור הארץ ולא הצליחה לבצע את משימתה באופן משביע רצון. לגורל דומה הייתה החללית של נאס"א "Mars Polar Lander" בשנת 1999.

משימה

לאחר ניסיונות כושלים אלה, במאי 2008, הגיעה משימת הפניקס של נאס"א למאדים והשיגה תוצאות יוצאות דופן תוך 5 חודשים בלבד. יעדי המחקר העיקריים שלו היו אקזוביולוגיים, אקלים וגיאולוגי.

בדיקה זו הצליחה להמחיש את קיומה של:

• שלג באווירת מאדים.
• מים בצורת קרח מתחת לשכבות העליונות של כוכב לכת זה.
• קרקעות בסיסיות עם pH בין 8 ל 9 (לפחות באזור קרוב לירידה).
• מים נוזליים על פני מאדים בעבר

חקר מאדים נמשך

חקר מאדים נמשך גם היום, עם מכשירים רובוטיים היי-טקיים. משימות ה- Rovers (MER-A ו- MER-B) סיפקו ראיות מרשימות לכך שהייתה פעילות מים במאדים.

לדוגמה, נמצאו עדויות למים מתוקים, מעיינות רותחים, אווירה צפופה ומחזור מים פעיל.

איור 5. ציור של רובר MER-B (הזדמנות) על פני מאדים. מקור: NASA / JPL / אוניברסיטת קורנל, Maas Digital LLC, באמצעות Wikimedia Commons

במאדים הושגו עדויות לכך שחלק מהסלעים נוצרו בנוכחות מים נוזליים, כמו Jarosite, שאותרה על ידי ה- MER-B (Opportunity) Rover שהיה פעיל משנת 2004 עד 2018.

ה- Rover MER-A (סקרנות) נמדד תנודות עונתיות במתאן, שתמיד הייתה קשורה לפעילות ביולוגית (נתונים שפורסמו בשנת 2018 בכתב העת Science). הוא מצא גם מולקולות אורגניות כמו תיאופן, בנזן, טולואן, פרופאן ובוטאן.

איור 6. תנודה עונתית של רמות מתאן במאדים, נמדדת על ידי ה- Rover MER-A (סקרנות). מקור: NASA / JPL-Caltech

היו מים על מאדים

אף על פי שמשטח מאדים אינו כרוך בעתיר, יש עדויות ברורות שבעבר הרחוק, האקלים המאדים איפשר למים נוזליים, מרכיב חיוני לכל החיים כפי שאנו מכירים אותם, להצטבר על פני השטח.

נתוני Rover MER-A (סקרנות) חושפים כי לפני מיליארדי שנים, אגם בתוך מכתש גייל הכיל את כל המרכיבים הדרושים לכל החיים, כולל רכיבים כימיים ומקורות אנרגיה.

מטאוריטים מאדים

ישנם חוקרים הרואים במטאוריטים של מאדים כמקורות טובים למידע על כדור הארץ, ואף טוענים שישנם מולקולות אורגניות טבעיות ואפילו מיקרו-מאובנים של חיידקים. גישות אלה נשוא הדיון המדעי.

איור 7. איור 7. מבט מיקרוסקופי של המבנה הפנימי של המטאוריט ALH84001, המציג מבנים הדומים לבזילי. מקור: נאס"א, באמצעות ויקימדיה Commons

מטאוריטים אלה ממאדים הם נדירים ביותר ומייצגים את הדגימות היחידות שניתנות לניתוח ישירות של כדור הארץ האדום.

פנספרמיה, מטאוריטים ושביטים

אחת ההשערות המעדיפות את חקר המטאוריטים (וגם שביטים), נקראה פנספרמיה. זה מורכב מההנחה שבעבר התרחשה הקולוניזציה של כדור הארץ, על ידי מיקרואורגניזמים שנכנסו למטאורות אלה.

כיום ישנן גם השערות המרמזות על כך שמים יבשתיים הגיעו משביטים שהפגיזו את כוכב הלכת שלנו בעבר. בנוסף, מאמינים כי שביטים אלו הביאו עימם מולקולות ראשוניות, שאיפשרו התפתחות חיים או אפילו חיים מפותחים שכבר הושקעו בתוכם.

לאחרונה, בספטמבר 2017, סוכנות החלל האירופית (ESA) השלימה בהצלחה את משימת רוסטה, שהושקה בשנת 2004. משימה זו כללה חקר השביט 67P / Churyumov-Gerasimenko עם החללית Philae שהגיעה והקימה אותה, כדי ואז לרדת. תוצאות המשימה הזו עדיין נמצאות במחקר.

חשיבות האסטרוביולוגיה

הפרדוקס של פרמי

ניתן לומר כי השאלה המקורית המניעה את חקר האסטרוביולוגיה היא: האם אנו לבד ביקום?

בנתיב החלב בלבד יש מאות מיליארדי מערכות כוכבים. עובדה זו, יחד עם עידן היקום, מציעה כי החיים צריכים להיות תופעה שכיחה בגלקסיה שלנו.

סביב נושא זה השאלה המפורסמת על ידי הפיזיקאי זוכה פרס נובל אנריקו פרמי מפורסמת: "איפה כולם?", אותו שאל בהקשר לארוחת צהריים, שם נדונה העובדה שהגלקסיה צריכה להיות מלאה. של חיים.

השאלה בסופו של דבר הולידה את הפרדוקס הנושא את שמו ואשר נאמר באופן הבא:

תכנית SETI והחיפוש אחר מודיעין לחוץ לארץ

תשובה אפשרית אחת לפרדוקס פרמי יכולה להיות שהתרבויות שאנו חושבים עליהן נמצאות בפועל, אך לא חיפשנו אותן.

בשנת 1960, פרנק דרייק יחד עם אסטרונומים אחרים פתחו בתכנית חיפוש אחר מודיעין-חוץ-שטח (SETI).

תוכנית זו עשתה מאמצים משותפים עם נאס"א בחיפוש אחר סימנים לחיים מחוץ לכדור הארץ, כמו רדיו ומיקרוגל. השאלות כיצד ואיפה לחפש את האותות הללו הביאו להתקדמות רבה בענפי מדע רבים.

איור 8. טלסקופ רדיו המשמש את SETI בארסיבו, פורטו ריקו. מקור: JidoBG, מ- Wikimedia Commons

בשנת 1993 ביטל הקונגרס האמריקני מימון לנאס"א למטרה זו, כתוצאה מתפיסות שגויות לגבי משמעות המשמעות של החיפוש. כיום פרויקט SETI ממומן בכספים פרטיים.

פרויקט SETI אפילו הוליד סרטים הוליוודיים, כמו קשר, בכיכובה של השחקנית ג'ודי פוסטר ובהשראת הרומן בעל אותו שם שכתב האסטרונום המפורסם בעולם קארל סגן.

המשוואה של דרייק

פרנק דרייק העריך את מספר התרבויות עם כישורי התקשורת, באמצעות הביטוי הנושא את שמו:

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

כאשר N מייצג את מספר התרבויות עם היכולת לתקשר עם כדור הארץ ומתבטא כפונקציה של משתנים אחרים כמו:

• R *: קצב היווצרות הכוכבים הדומה לשמש שלנו
• f _p : החלק של מערכות הכוכבים הללו עם כוכבי לכת
• n _e : מספר כוכבי הלכת דמויי כדור הארץ לכל מערכת פלנטרית
• f _l : החלק של כוכבי הלכת האלה שבהם החיים מתפתחים
• f _i : החלק בו נוצרת אינטליגנציה
• f _c : חלק מהכוכבים המתאימים לתקשורת
• L: תוחלת החיים "של תרבויות אלה.

דרייק ניסח משוואה זו ככלי ל"גודל "הבעיה ולא כמרכיב להערכות קונקרטיות, מכיוון שרבים מהתנאים שלה קשים ביותר להערכה. עם זאת, יש הסכמה כי המספר שהוא נוטה לזרוק הוא גדול.

תרחישים חדשים

נציין שכאשר נוסחה משוואת דרייק, היו מעט מאוד עדויות לכוכבי לכת וירחים מחוץ למערכת השמש שלנו (Exoplanets). בשנות התשעים הופיעו העדויות הראשונות של exoplanets.

איור 9. טלסקופ קפלר. מקור: נאס"א, באמצעות ויקימדיה Commons

כך למשל, משימת קפלר של נאס"א גילתה 3,538 מועמדים מהגוף, מתוכם לפחות 1,000 נחשבים ל"איזור המגורים "של המערכת הנחשבת (מרחק המאפשר קיום של מים נוזליים).

אסטרוביולוגיה וחקירת קצות כדור הארץ

אחד היתרונות של האסטרוביולוגיה הוא שהיווה השראה, במידה רבה, לרצון לחקור את כדור הארץ שלנו. זאת בתקווה להבין באנלוגיה את פעולת החיים במסגרות אחרות.

לדוגמא, המחקר על פתחי אוורור הידרותרמיים בקרקעית האוקיאנו איפשר לנו לצפות לראשונה בחיים שלא קשורים לפוטוסינתזה. במילים אחרות, מחקרים אלה הראו לנו שיכולות להיות מערכות בהן החיים אינם תלויים באור השמש, אשר תמיד נחשב לדרישה הכרחית.

זה מאפשר לנו להניח תרחישים אפשריים לחיים על כוכבי לכת בהם ניתן להשיג מים נוזליים, אך תחת שכבות קרח עבות, אשר ימנעו את הגעת האור לאורגניזמים.

דוגמא נוספת היא חקר העמקים היבשים של אנטארקטיקה. שם הם השיגו חיידקים פוטוסינתטיים ששורדים מוגנים בתוך סלעים (חיידקים אנדוליטיים).

במקרה זה, הסלע משמש גם כתומך וגם כהגנה מפני התנאים השליליים של המקום. אסטרטגיה זו התגלתה גם בדירות מלח ובמעיינות חמים.

תרשים 10. עמקות מק'מרדו יבשות באנטארקטיקה, אחד המקומות בכדור הארץ הדומים ביותר למאדים. מקור: משרד החוץ האמריקני מארצות הברית, באמצעות Wikimedia Commons

נקודות מבט לאסטרוביולוגיה

החיפוש המדעי אחר חיים מחוץ לכדור הארץ לא הצליח עד כה. אבל זה הולך ומתוחכם ככל שמחקר אסטרוביולוגי מייצר תובנות חדשות. העשור הבא של חקר אסטרוביולוגי יראה:

• מאמצים גדולים יותר לחקור את מאדים ואת הירחים הקפואים של יופיטר ושבתאי.
• יכולת חסרת תקדים להתבונן ולנתח כוכבי לכת מחוץ לסביבה.
• פוטנציאל רב יותר לעצב ולחקר צורות חיים פשוטות יותר במעבדה.

כל ההתקדמות הללו ללא ספק תגביר את הסיכוי שלנו למצוא חיים בכוכבי לכת דמויי כדור הארץ. אבל אולי, חיים מחוץ לארץ אינם קיימים או מפוזרים כל כך ברחבי הגלקסיה עד שכמעט אין לנו סיכוי למצוא אותם.

גם אם התרחיש האחרון נכון, מחקר באסטרוביולוגיה מרחיב יותר ויותר את נקודת המבט שלנו על החיים על כדור הארץ ועל מקומם ביקום.

הפניות

1. צ'לה-פלורס, ג'(1985). התפתחות כתופעה קולקטיבית. כתב העת לביולוגיה תיאורטית, 117 (1), 107-118. doi: 10.1016 / s0022-5193 (85) 80166-1
2. Eigenbrode, JL, Summons, RE, Steele, A., Freissinet, C., Millan, M., Navarro-González, R., … Coll, P. (2018). חומר אורגני שהשתמר באבני בוץ בנות 3 מיליארד שנה במכתש גייל, מאדים. מדע, 360 (6393), 1096-1101. doi: 10.1126 / science.aas9185
3. גולדמן, לספירה (2015). אסטרוביולוגיה: סקירה כללית. בתוך: קולב, ורה (עורכים). אסטרוביולוגיה: עיתונות CRC על גישה אבולוציונית
4. Goordial, J., Davila, A., Lacelle, D., Pollard, W., Marinova, MM, Greer, CW,… Whyte, LG (2016). קרוב לגבולותיו הצחיחים הקרים של חיי המיקרוביום בחלל העמק היבש העליון, אנטארקטיקה. כתב העת ISME, 10 (7), 1613–1624. doi: 10.1038 / ismej.2015.239
5. קרסנופולסקי, וירג'יניה (2006). כמה בעיות הקשורות למקורו של מתאן במאדים. איקרוס, 180 (2), 359–367. doi: 10.1016 / j.icarus.2005.10.015
6. LEVIN, GV, & STRAAT, PA (1976). ניסוי ביולוגיה משחררת של ויקינג עם תווית: תוצאות ביניים. מדע, 194 (4271), 1322-1329. doi: 10.1126 / science.194.4271.1322
7. Ten Kate, IL (2018). מולקולות אורגניות במאדים. מדע, 360 (6393), 1068-1069. doi: 10.1126 / science.aat2662
8. וובסטר, CR, Mahaffy, PR, Atreya, SK, Moores, JE, Flesch, GJ, Malespin, C.,… Vasavada, AR (2018). רמות רקע של מתאן באטמוספירה של מאדים מראות שונות עונתית חזקה. מדע, 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). ענני קרח מים ומאדים של מאדים. מדע, 325 (5936), 68-70. doi: 10.1126 / science.1172344