Poznámky o medzihviezdnych stopároch a pôvode života.
Autor: Roberto Battiston/MIT Press Reader |
Tento článok je výňatkom z knihy Roberta Battistona „Prvý úsvit: Od veľkého tresku po našu budúcnosť vo vesmíre.”Tento článok bol pôvodne publikovaný dňa Čítačka tlače MIT.
V čase, keď sme si uvedomili, že existuje extrasolárny votrelec, ‘Oumuamua, pomenovaný podľa havajského slova pre „Scout“ už prekonal svoj najbližší bod k Slnku a odchádzal tak rýchlo a nenápadne ako predtým. prišiel. Hovoríme o prvom pozorovaní v roku 2017 asteroidu z inej oblasti galaxie, posla zo vzdialených svetov. Čo vieme o tomto tmavom, pravdepodobne cigarovom úlomku, ktorý navštívil našu slnečnú sústavu s dráhou a rýchlosťou, ktorá mu umožnila tak rýchlo odísť?
Veľmi malý. Vieme, že nebol vyrobený z ľadu, takže musí byť skalnatého typu. Pri približovaní sa k Slnku sa nevznietil ako kométa. Vieme, že nevyžaruje elektromagnetické žiarenie. Najvýkonnejšie rádioteleskopy po ňom nenašli žiadne stopy. Jeho dráha je gravitačná, určená príťažlivosťou Slnka; malá, neinerciálna zložka sa dá vysvetliť účinkom tlaku žiarenia v blízkosti našej hviezdy. Vieme, že jeho rýchlosť pred vstupom do slnečnej sústavy bola kompatibilná s charakteristickými rýchlosťami nebeských telies v oblasti Mliečnej dráhy, ktorej súčasťou je aj naša slnečná sústava. To nám umožňuje vylúčiť myšlienku, že pochádza od jednej z tucta hviezd, ktoré sú nám najbližšie, pretože jej rýchlosť by bola príliš vysoká. Identifikovali sme však štyri vzdialenejšie hviezdy, v blízkosti ktorých mohol prejsť za posledný milión rokov, s dostatočne nízkou rýchlosťou, aby mohli pochádzať z jedného z týchto hviezdnych systémov.
Takže nevieme, odkiaľ presne pochádza, či už bol v našej slnečnej sústave, koľko iných systémov navštívil, ani jeho zloženie. Podľa jednej hypotézy by mohlo ísť o fragment exoplanéty zničenej prílivovými účinkami. V tomto prípade by išlo o objekt oveľa vzácnejší ako asteroidy hlavného pásu alebo objekty z Oortovho oblaku, ktorý vznikol priamo z pôvodnej hmloviny. Isté je, že v časových horizontoch rádovo miliónov alebo desiatok miliónov rokov môžu fragmenty ako „Oumuamua“ priniesť rôzne hviezdne systémy do kontaktu. Jeden odhad dokonca predpovedá, že 10 000 extrasolárnych asteroidov prekročí denne obežnú dráhu Neptúna.
V časových intervaloch rádovo miliónov alebo desiatok miliónov rokov môžu fragmenty ako „Oumuamua“ priniesť rôzne hviezdne systémy do kontaktu.
Bolo by zaujímavé mať možnosť preskúmať jeden, aby sme videli, z čoho bol vyrobený. Zdá sa, že tento typ asteroidu je typom vektora vhodným na prepravu života v hibernovanej forme z jednej časti galaxie do druhej. Zatiaľ čo vesmírna misia tohto druhu by bola ťažká kvôli rýchlosti, akou sa tieto fragmenty pohybujú, nebolo by to nemožné, berúc do úvahy že v budúcnosti sa naša pozorovacia kapacita výrazne zlepší, čo nám umožní identifikovať tieto telá skôr, ako sme boli schopní identifikovať „Oumuamua. Ďalšia myšlienka súvisí s možnosťou, že niektoré z týchto extrasolárnych objektov uviazli v našej slnečnej sústave po tom, čo stratili časť svojej energie pri blízkom stretnutí s Jupiterom; už bolo identifikovaných niekoľko kandidátov. Tento prístup by výrazne uľahčil splnenie prieskumnej misie.
Avšak aj planéty v našej vlastnej slnečnej sústave komunikujú a vymieňajú si materiál pomerne vysokou rýchlosťou. Nie každý vie, že tu na Zemi máme asi 10 vzoriek hornín z Marsu, aj keď ešte neprebehla misia, ktorá by priviezla materiál z tejto planéty. Výsledkom bombardovania Marsu meteoritmi sú úlomky, ktoré sa vzhľadom na jeho tenkú atmosféru môžu premietať do vesmíru. Niektoré z nich môžu dosiahnuť Zem, preniknúť do našej atmosféry a spadnúť ako normálne meteority. Porovnaním izotopového zloženia rôznych meteoritov s tými, ktoré boli namerané na Marse počas NASA robotické misie na planétu, sme schopní identifikovať a rozlíšiť marťanské meteority od všetkých iní.
Nakoniec by sme mali pamätať na to, že slnečnej sústave trvá približne 220 miliónov rokov, kým sa obehne okolo stredu galaxie. Od svojho vzniku pred 4,5 miliardami rokov prešiel celý okruh asi 20-krát. To znamená, že v časovom rámci, v ktorom sa na Zemi objavil život, novonarodená slnečná sústava vytvorila najmenej tri kompletné okruhy, ktoré sa dostali do kontaktu s fragmentmi zo vzdialených hviezdnych systémov.
V roku 2019 som sa zúčastnil na konferencii Breakthrough Discuss v Berkeley na tému „Migrácia života vo vesmíre“. Bol som zmätený Téma konferencie: O živote vo vesmíre nevieme takmer nič, pomyslel som si, tak ako by sme mohli hovoriť o migrácii života? Ale keď si spomínam na pozorovanie ‘Oumuamua, zúčastnil som sa a som rád, že som to urobil. Prekvapila ma vedecká kvalita prednášok a extrémna fascinácia témou. Život pravdepodobne nepotrebuje masívne, skalnaté hviezdne lode, aby sa presunuli z jedného planetárneho systému do druhého. Vzhľadom na nepatrnú veľkosť baktérií, najmenších živých organizmov, aké poznáme, či dokonca vírusov, ktoré môžu žiť a rozmnožovať sa vo vnútri baktérií, vieme si predstaviť aj iné mechanizmy vhodné na tento druh dopravy.
Mikroskopické ľadové kryštály a prach, napríklad obsahujúce baktérie a spóry schopné odolávať podmienkam vo vesmíre, sa môžu šíriť do vesmíru z oblastí hornej atmosféry planéty. Keď sa rozmery stanú mikroskopickými, vzťah medzi gravitačnou silou, ktorá je závislá od hmotnosti, a ťah v dôsledku hviezdneho žiarenia, ktorý závisí od plochy povrchu, nakláňa rovnováhu v prospech posledne menované. Je to, ako keby planéta za sebou zanechávala stopu parfumu. Planetárny prach obsahujúci hibernujúci život môže byť tlačený žiarením, kým nedosiahne vysoké rýchlosti a nepohne sa ďalej daný hviezdny systém, šíriaci sa do iných systémov alebo hmlovín, kde môže nájsť vhodné podmienky na rozmnožovanie a vyvíjať sa. Sme zvyknutí považovať priestor za obrovský a väčšinou prázdny, úplne nevhodný pre život. Možno by sme mali zmeniť názor. Priestor je menej prázdny, ako by sme si mysleli. V skutočnosti rôzne časti galaxie komunikujú výmenou materiálu v časových intervaloch porovnateľných s tým, ako sa objavuje život na našej planéte.
Poznáme rôzne živé druhy, ktoré dokážu vydržať extrémne nepriateľské podmienky, akými sú napríklad tie vo vesmíre: takmer dokonalé vákuum, extrémne teploty a ionizujúce žiarenie.
Ako je však možné, že život vo vesmíre prežije? No aj tu nás príroda prekvapuje. V skutočnosti vieme o rôznych živých druhoch, ktoré dokážu vydržať extrémne nepriateľské podmienky, ako sú tie vo vesmíre: takmer dokonalé vákuum, extrémne teploty a ionizujúce žiarenie. Rôzne druhy lišajníkov, baktérií a spór sú schopné prežiť, stratiť všetku svoju vodu a dostať sa do stavu úplného nečinnosť – ktorá môže trvať extrémne dlhé obdobia – z ktorej sa môžu vynoriť, keď sa ocitnú vo vlhkej atmosfére znova. Testy tohto druhu sa robili na Medzinárodnej vesmírnej stanici a v rôznych laboratóriách. Dokonca aj planktón, vyrobený zo zložitejších organizmov, vykazuje schopnosť odolávať týmto neúmerným podmienkam.
Skutočne výnimočný prípad je prípad tardigradov. Tieto veľmi bežné mikrozvieratá sú dlhé asi pol milimetra a žijú vo vode. Majú osem nôh, ústa a tráviaci systém, ako aj jednoduchú nervovú a mozgovú štruktúru. Sú tiež schopné sexuálneho rozmnožovania. V prírode existujú v tisíckach rôznych verzií a majú metabolizmus s jedinečnými vlastnosťami. Aby odolali dlhotrvajúcim suchám, ich telá môžu dosiahnuť úplnú dehydratáciu, stratiť približne 90 percent vody a skrútiť sa do malej štruktúry v tvare suda. Inými slovami, je to, ako keby sa lyofilizovali. Po dokončení tohto procesu sa ich metabolizmus spomalí 10 000-krát. Najúžasnejšie je, že v tomto stave môžu zostať celé desaťročia, aby sa po vystavení vlhkosti znova prebudili do 20 alebo 30 minút. Ale je toho viac. V dehydrovanom stave znesú vesmírne vákuum aj tlaky vyššie ako je normálny atmosférický tlak, teploty blízke absolútnej nule alebo teploty do 150°C. Ich prah tolerancie žiarenia je stokrát vyšší, než aký by bol pre ľudí smrteľný. Tajomstvo ich schopnosti tvrdnúť je spôsobené cukrom, trehalóza, ktorý má široké využitie aj v potravinárskom priemysle. Po vysušení tento cukor nahradí molekuly vody v bunkách, čím zviera zostane v akomsi zosklenom stave.
Okrem toho je DNA tardigradu chránená proteínom, ktorý znižuje poškodenie radiáciou. Sú tieto informácie dostatočné na to, aby sme predpokladali, že tieto mikrozvieratá pochádzajú z vesmíru? Povedal by som, že nie. Ich nezvyčajný metabolizmus je skôr výsledkom evolučnej adaptácie, ku ktorej došlo na našej planéte. V skutočnosti patria tardigrades medzi veľmi málo živých bytostí, ktoré vyšli bez ujmy zo všetkých piatich udalostí vyhynutia, ku ktorým došlo na Zemi. Preto sú najlepšími kandidátmi na dlhú cestu do vesmíru na palube meteoritu alebo kométy. Nedávno sa tardigrades dostali do mediálnej povesti v dôsledku misie Beresheet, súkromnej sondy vypustenej Izraelom, ktorá sa zrútila na Mesiaci začiatkom apríla 2019. Sonda niesla kolóniu týchto mikrozvierat v ich dehydrovanom stave. Vzhľadom na ich mikroskopickú veľkosť je pravdepodobné, že haváriu prežili a ešte dlho zostanú neaktívne, pripravené na opätovné prebudenie z hibernácie. Nahradením izraelskej sondy asteroidom máme učebnicový príklad toho, ako sa život mohol dostať na Zem.
Alebo ako mohol život migrovať zo Zeme na iné planéty v našej galaxii.
Nahradením izraelskej sondy asteroidom máme učebnicový príklad toho, ako sa život mohol dostať na Zem.
Takže problém pôvodu života zostáva otvorený, aj keď krok za krokom napredujeme k riešeniu. V poslednom desaťročí nám čoraz výkonnejšie výpočtové nástroje umožnili reprodukovať, počnúc od prvého princípy kvantovej mechaniky, vznik čoraz väčších a komplexnejších molekulárnych systémov, ktoré dnes tvoria tisíce atómov. Oblasť výpočtovej biológie rastie obrovským tempom; teraz je to už len otázka výpočtového výkonu.
Zároveň sme dramaticky rozvinuli našu schopnosť dekódovať a manipulovať s DNA, až po vytvorenie prvých zjednodušených genómových štruktúr, odvodených od živých organizmov a schopných reprodukovať. Teraz hovoríme o syntetickom živote, vybudovanom na človekom navrhnutej DNA, oblasti s obrovskými perspektívami rozvoja.
Preto je pravdepodobné, že vytvorenie zložitých molekulárnych štruktúr potrebných pre život alebo potvrdenie existencie ostrovy genómovej stability vo vývoji vírusových a bakteriálnych druhov sú ciele, ktoré budeme v budúcnosti dosahovať. V tom momente budeme mať ďalší nástroj na pochopenie toho, ako sa vyvinul život na Zemi. Kto vie? Možno zistíme, že mimozemšťania sú zvláštne biologické formy života, ktoré s nami žijú od počiatku vekov; a hľadali sme ich na Marse alebo pod ľadovým povrchom Jupiterových a Saturnových mesiacov!
Roberto Battiston je fyzik, ktorý sa špecializuje na oblasť experimentálnej fyziky základných a elementárnych častíc, a to ako s urýchľovačmi častíc, tak aj vo vesmíre. Je autorom niekoľkých kníh, napr.Prvý úsvit“, z ktorého je tento článok vyňatý.
