Astrobiologie se snaží pochopit původ stavebních prvků života, jak se tyto biogenní sloučeniny spojují, aby vytvořily život, jak život ovlivňuje – a je ovlivňován prostředím, ze kterého vznikl, a konečně, zda a jak se život rozšiřuje mimo planetu svého vzniku.

Žádná z těchto otázek není v žádném případě nová – ale poprvé od doby, kdy byly položeny, lze nyní na tyto otázky odpovědět. Astrobiologie se snaží poskytnout filozofický a programový základ, díky němuž lze zkoumat místo života ve vesmíru – na úrovních vzájemně provázané složitosti od molekulární až po galaktickou.
Na první pohled by si někdo mohl myslet, že jeho obor může být pro astrobiologii nepodstatný. Vzhledem ke kosmické perspektivě astrobiologie by skutečně mohli považovat své zájmy za poněkud vzdálené od tak rozsáhlého úsilí. Ponořte se i do toho nejpovrchnějšího popisu astrobiologie a brzy zjistíte, že se na ní podílí nejen obrovské množství vědeckých a technických oborů, ale že průsečíky mezi těmito obory jsou často neotřelé.

Na astrobiologii se v určitém okamžiku podílí každý. Výzva, která je před námi, nespočívá ani tak ve formulování otázek, jako spíše v tom, jak nasměrovat všechny relevantní odborné znalosti ke správnému úkolu, aby bylo možné na tyto otázky odpovědět. Vyžaduje také ochotu všech účastníků zpochybnit staré předpoklady a vymyslet nové způsoby, jak věci dělat.

Jak kdysi řekl Albert Einstein, „vesmír je podivnější, než si dokážeme představit“. Nicméně vyzbrojeni touto výhradou by se astrobiologové nikdy neměli přestat pokoušet představit si, jak vesmír funguje – ani by se neměli vyhýbat snaze pochopit své osobní místo uprostřed jeho nádhery a tajemství.

Astrobiologem se můžete stát jednoduše tím, že se rozhodnete, že jím jste.

Jak se život a svět, na kterém žije, v průběhu času vzájemně ovlivňují?

Oceánografové a klimatologové budou povoláni, aby pomohli pochopit, jak život a planeta, na které vznikl, ovlivňují složení atmosféry této planety. Jde o to pochopit, jak se oceány a atmosféry formují, jak se vzájemně ovlivňují, aby udržely podmínky nezbytné pro život, jak změny v atmosféře a oceánech mohou změnit průběh evoluce a jak činnost forem života může zase změnit charakter atmosféry planety a jejích oceánů.

Země je však jen jedna planeta – a sotva reprezentativní pro všechny světy v této sluneční soustavě. Co se stane s životem na planetě (Mars), když její oceány vyschnou (nebo se propadnou do země) a většina její atmosféry unikne do vesmíru a zbytek zamrzne na pólech? Mohou být stejné kroky vedoucí k rozvoji života, které se odehrály na Zemi, zahájeny na světě (Europa), kde má tlustá ledová kůra na jedné straně prostředí s vysokým radiačním vakuem a na druhé straně kapalný oceán – na světě, kde hlavním zdrojem energie není hvězda, ale slapové interakce s obří plynnou planetou?

Na bezprostřední frontě: Jak se všechny tyto interakce mezi vzduchem, vodou a životem na Zemi projevují na způsobu, jakým transformujeme naši planetu? Můžeme tento proces včas kontrolovat, abychom zabránili vážným následkům? Spustili jsme proces, který by jinak probíhal přirozeně? Je nevyhnutelným důsledkem podpory inteligentního života na planetě modifikace její biosféry? Pokud se nám podařilo změnit biosféru Země nahodilým, neplánovaným způsobem, lze z tohoto nekontrolovaného experimentu vyvodit takové poučení, abychom mohli nehostinný svět záměrně přeměnit (terraformovat) na svět schopný podporovat život?

Jak hodnotíte historii života na planetě?

Paleontologové, evoluční biologové a možná i archeologové budou vyzváni, aby pomohli pochopit záznamy o předchozím životě na Zemi v planetárním kontextu – to znamená, jaká ponaučení si můžeme vzít z odhalování naší vlastní minulosti, aby nás vedla při zjišťování, co se stalo na jiných planetách? V tomto kontextu se k nim připojují planetární geologové a astronomové. Jaké důsledky lze vyvodit z fosilního záznamu Země, pokud jde o dobu a rychlost vzniku života v historii planety? Vzniká složitost konstantní rychlostí, nebo k ní dochází nárazově? Vedou změny v planetárním prostředí, nebo následují po obdobích změn? Mají na tempo a charakter vývoje života vliv události vnějšího původu, jako jsou velké nárazy, blízká supernova nebo hvězdné variace? Vzniká život, jakmile to podmínky dovolí? Vzniká život jen proto, aby zanikl v důsledku kataklyzmatických událostí a znovu vznikl? Je možné život skutečně vyhasnout, jakmile se rozšíří po celé planetě (a uvnitř ní)?

Můžeme očekávat, že na jiných světech najdeme zkameněliny? Pokud ano, kde je máme hledat? Byla raná historie Marsu natolik podobná té pozemské, že lze nalézt důkazy o životě stejně snadno jako na Zemi? Mohou si planety vyměňovat materiál obsahující zkameněliny? Pokud ano, jaké to má důsledky pro výměnu živého materiálu mezi planetami? Pokud k výměně materiálu dochází, jedná se o vzácný nebo běžný jev? Mohou být fosilní záznamy na několika planetách použity ke kalibraci toho, zda/kdy k takové výměně došlo a zda se cizím formám života podařilo prosperovat?

Jak se dostaneme od jednoduché chemie k samoreplikujícím se formám života?

Organičtí a anorganičtí chemici, teoretici informace, genetici a molekulární biologové budou vyzváni, aby pochopili, jak vznikly samoreplikující se systémy a jak se vyvinuly, aby zahrnovaly kódování informace a řízení metabolismu. Pro astrobiologii je zajímavé, jaké neživé materiály a prostředí se podílely na vzniku samoreplikujících se chemických systémů. Jaké materiály byly zapotřebí? Můžeme tyto podmínky replikovat dnes? Existují alternativní systémy, které by mohly vzniknout z jiných výchozích materiálů? Existovaly konkurenční primordiální životní systémy – a pokud ano, zvítězil jeden nad druhým, nebo se spojily do jediného biologického systému?

Zajímavé je také pochopit, jak vypadaly nejstarší genetické systémy, zda dnes na Zemi existují jejich analogy a zda současné organismy obsahují molekulární fosilie (tj. prastaré komponenty zachované v průběhu evoluce), které mohou poskytnout informace o raných genetických systémech.

Život v extrémních prostředích – vznikl takto život na Zemi – a můžeme jej očekávat i na jiných světech?

Mikrobiologové, ekologové, oceánografové, organičtí a anorganičtí chemici a geologové budou vyzváni, aby porozuměli extrémům prostředí, v nichž může život na Zemi existovat. Život byl nalezen na míle pod zemskou kůrou, v nejhlubších částech moře, v žíravé a vroucí vodě, v jaderných reaktorech, uvnitř antarktických skal a uprostřed toxických odpadů. Nyní se předpokládá, že život na Zemi vznikl v horkých a nehostinných podmínkách.

Jsou tedy extrémy, ve kterých se pozemskému životu daří, ukazatelem prostředí, ve kterém může život vzniknout jinde? Naznačují tato prostředí rozsah prostředí na jiných světech, v nichž může život přežít? Naznačují místa, kde bychom mohli najít zbytky ekosystémů na světech, jako je Mars, které prošly extrémními klimatickými změnami? Mohou se zapojit také průmysloví mikrobiologové a výzkumní pracovníci ve farmaceutickém průmyslu, neboť řada enzymů izolovaných z extrémofilů již našla významné vědecké a komerční využití.

Velkoplošné dopady na planetu:

Astronomové, planetární geologové a paleontologové budou vyzváni, aby posoudili vliv velkých dopadů na život na Zemi. Na mnoha planetách a měsících byly nalezeny jasné záznamy o bombardování v rané historii sluneční soustavy. Před několika lety jsme sledovali, jak kometa zasáhla Jupiter silou mnohonásobně převyšující kolektivní jaderný arzenál naší planety. Na Zemi je zřejmé, že k velkým impaktům ničícím ekosystémy docházelo s určitou pravidelností. Vysvětlují tyto nárazy některou z cest, kterými se ubíral vývoj života na Zemi? Jsou planetární impakty „přirozenou“ součástí vývoje života na planetě? Pokud ano, urychluje nebo zpomaluje míra dopadů vývoj nových forem života? Opravdu časté dopady během mládí planety jednou nebo vícekrát vymažou život, než se konečně uchytí?

Stálý každodenní přísun meteoritického materiálu, domnělé mimozemské fosilie nalezené v marťanském meteoritu ALH84001, nedávné analýzy kometárního složení, slouží ke zvýšení zájmu o roli, kterou mimozemské materiály hrály při vzniku života na Zemi. Vznikly oceány na Zemi a Marsu v důsledku dopadů komet? Jakou roli hraje tento neustálý příliv materiálů v ekosystému planety? Mohou se životaschopné organismy přenášet mezi planetami – tj. je třeba uvažovat o ekologii, kde je zapojena biota více než jedné planety? Mohou být malé sbírky biogenních materiálů soustředěny na jinak abiotických světech – například na pólech Měsíce Země? Pokud materiály dopadající na Zemi obsahují biogenní sloučeniny, co to vypovídá o možnosti vzniku života v kometách a jiných malých tělesech?

Planetární ochrana: prevence nežádoucí meziplanetární směsice forem života

Epidemiologové, mikrobiologové, etici, inženýři kosmických lodí a odborníci na ochranu životního prostředí budou vyzváni, aby posoudili, jak chráníme sebe a biosféru naší planety před škodlivými mimozemskými formami života – a také jaké kroky podnikneme, abychom měli jistotu, že nekontaminujeme jiné světy. Jak sterilizujeme vesmírné lodě, abychom zabránili kontaminaci jiných světů pozemskými formami života? Jak vrátíme vzorky z jiných světů způsobem, který přiměřeně sníží riziko nehody a zároveň zachová integritu vzorku? Pokud dojde k přímému kontaktu forem života ze dvou různých planet, bude toto setkání příznivé nebo škodlivé? Mohou mikrobi z jedné planety způsobit onemocnění organismu z jiné planety?

Je možné vyslat lidi na jiné světy (například na Mars), aniž by tyto světy kontaminovali? Lze navrhnout skafandry tak, aby nekontaminovaly povrch planety? Je kontaminace planety nevyhnutelným důsledkem lidského průzkumu? Pokud najdeme svět bez života – v jakém okamžiku si budeme natolik jisti, že se nebudeme obávat kontaminace tohoto světa? – Vždyť život byl nalezen kilometry pod povrchem Země a podobná stanoviště by mohla uniknout odhalení i na jiných světech? Pokud je život nalezen na jiném světě, má „právo“ na existenci bez pozemské kontaminace? Jak se rozhodneme, zda je terraformace planety bezpečná a eticky přijatelná?

Extrasolární planety: jejich nalezení a vyhodnocení jejich biologického potenciálu

Astronomové, klimatologové a ekologové budou vyzváni, aby navrhli strategii, podle níž by bylo možné najít extrasolární planety schopné podpořit rozvoj života. Zdá se, že nedávné objevy ukazují, že vznik planet je ve vesmíru běžným jevem. Zatímco dosud byly objeveny pouze velké planety třídy Jupiter, je jen otázkou času, kdy budou nalezeny menší planety třídy Země.

Mohou být tyto planety přímo zobrazeny? Co hledáme, když se snažíme zjistit, kde je na planetě život? Lze zjistit planetární jevy svědčící o životě i v mezihvězdných vzdálenostech? Existují aspekty složení atmosféry planety, které svědčí o nerovnováze, kterou očekáváme u života? Existují aspekty ledem pokrytého oceánského světa, jako je Europa, které lze zjistit na velkou vzdálenost? Budeme hledat důkazy chemismu, který je jiný než ten, který používá život na Zemi? Můžeme určit, jaká je obyvatelná zóna pro danou hvězdu? Mohou planety – a podmínky pro život vzniknout ve více hvězdných systémech?

Existují rysy technologické rasy listů, které lze detekovat přes mezihvězdné vzdálenosti? Přežijí tyto vlastnosti své tvůrce? Budeme hledat Dysonovy sféry nebo jiné prostředky, jimiž se využívá nebo upravuje výkon hvězdy? Budeme hledat hvězdné systémy s více než jedním obyvatelným světem, možná terraformované planety? Zanechává let mezihvězdným prostorem zjistitelné stopy? (Jsou některé gama záblesky skutečně z hvězdných lodí?)

Je život přirozeným důsledkem vzniku planet?

Geologové, astronomové, chemici a klimatologové budou vyzváni, aby pochopili, jak planety akretují, jak se diferencují, jak recyklují materiály a jak tyto faktory dohromady vytvářejí a udržují prostředí příznivé pro vznik a trvání života.

Jsou procesy zrodu hvězd a formování protoplanetárních disků společné (a ve své podstatě podobné) jevy? To znamená, že se při vzniku planet v celém vesmíru používají podobné materiály – a je naše sluneční soustava podobná těmto jiným slunečním soustavám? Pokud se život vyskytuje i na jiných světech než na Zemi, jak běžný je v celé naší sluneční soustavě? V celém vesmíru? Pokud je život běžný v naší sluneční soustavě, lze to extrapolovat na jiné sluneční soustavy – a dokonce na celý vesmír?

Pátrání po mimozemské inteligenci – a komunikace s ní

Rádioví a optičtí astronomové, poskytovatelé telekomunikačních služeb, kryptografové, lingvisté, psychologové, etici a novináři budou vyzváni, aby vymysleli a řídili pátrání po mimozemské inteligenci (SETI). Ačkoli krátkozraký americký Kongres ukončil vládní podporu tohoto úsilí, přesto pokračuje. Technologická schopnost vyhledávat a identifikovat kandidátské signály zažívá za necelý rok dvojnásobný efekt.

Dokážeme vymyslet strategie, které zajistí adekvátní průzkum oblohy? Poznáme umělý signál, když ho najdeme? Pokud signál rozpoznáme – dokážeme ho dekódovat – a budeme mu rozumět? Dá se něco naučit pro komunikaci s nelidskými druhy, jako jsou opice a velryby? Můžeme pokračovat v tomto hledání na Zemi, protože zdrojů rádiového rušení přibývá? Budeme muset SETI přesunout do vesmíru nebo třeba na odvrácenou stranu Měsíce, abychom unikli rušení? Zkoumáme všechny možné způsoby komunikace na mezihvězdné vzdálenosti? Pokud obdržíme zprávu, měli bychom na ni odpovědět? Pokud ano, kdo zprávu sestaví a jak ji odešleme?

Nervové soustavy: jak Země ovlivnila jejich vývoj – a jak budou reagovat na vesmírné prostředí?

Neurologové a behavioristé budou vyzváni, aby pochopili, jak se v životě vyvíjí schopnost výměny informací uvnitř organismů a mezi nimi – a jak tyto organismy získávají informace z vnějšího prostředí a vracejí je zpět.

Jaké podněty z prostředí vedly k evoluci nervových systémů? Jakou roli hraje gravitační pole při vývoji a organizaci nervové soustavy organismu? Může se tento nervový systém normálně vyvíjet ve změněném gravitačním prostředí? Může se nervová soustava jedince vychovaného v mikrogravitaci plně přizpůsobit životu v prostředí 1G? Jak organismus chovaný v mikrogravitaci vnímá polohu a směr? Může se vyvinout nervový systém se schopností zachycovat – a vytvářet typy energie, které se v současné době u pozemských forem života nevyskytují – např. rádiové, mikrovlnné, magnetické a rentgenové záření?

Svaly a kosti: co se stane, když nosné struktury již nemají váhu, kterou by mohly nést?

Kostní, svaloví a pohyboví fyziologové, vývojoví biologové, srovnávací anatomové, neurofyziologové, kineziologové a rehabilitační terapeuti budou vyzváni, aby pochopili, jak se v životě vyvíjejí vnitřní architektonické podpůrné systémy, jak jsou tyto systémy členěny pro pohyb a jakou roli hraje gravitace v evoluci, vývoji, fungování a udržování těchto systémů. Svalové a kosterní systémy slouží k podpoře organismů proti gravitaci a zároveň umožňují pohyb v gravitačním poli. Kosterní systémy využívají běžné minerály k vytvoření architektury, která se neustále přizpůsobuje a znovu přizpůsobuje způsobům používání a silám. Ovládání svalů může zahrnovat složité nervové mechanismy, které jsou zdokonalovány zkušenostmi, jak organismus reaguje na své prostředí. Tyto podpůrné architektury a způsoby pohybu jsou však výsledkem miliard let vývoje v rámci sil působících v gravitačním poli. Odstranění gravitace klade před tyto systémy operační výzvy, na které nikdy nebyly nuceny reagovat.

Vyvinuly se kosterní systémy tak, aby využívaly materiály, které jsou po ruce, nebo je evolučně upřednostňován jeden materiál před druhým? Vyvíjejí se svalové a kosterní systémy normálně v nepřítomnosti gravitačního pole? Vyvíjejí se tyto systémy natolik, aby umožnily organismu prožít život v mikrogravitaci? Mohou svalové a kosterní systémy organismů vychovaných v mikrogravitaci normálně fungovat, když jsou vystaveny normální gravitaci? Jak tyto systémy reagují na gravitační pole větší než na Zemi? Vyvíjejí se u forem života na jiných planetách struktury a způsoby pohybu podobné pozemským organismům, nebo existují jiná možná řešení? Je let rozšířenější na světech s menší gravitací než na Zemi a méně běžný na světech, kde je gravitace větší než na Zemi?

Jak se ve vesmíru tvoří, distribuují a recyklují suroviny pro život?

Astronomové a astrofyzici budou muset pochopit, jak hvězdy produkují prvky potřebné pro život, jak jsou tyto materiály organizovány do planetárních systémů, jak jsou tyto materiály zpracovávány během vývoje planetárních systémů a jak jsou recyklovány, když se hostitelská hvězda stane supernovou nebo se ztratí, když hostitelská hvězda zanikne a zemře.
Existuje galaktická ekologie, v níž jsou biogenní materiály produkovány a recyklovány prostřednictvím hvězd? Jak rozšířené jsou ve vesmíru tzv. organické sloučeniny? Existují další sloučeniny, které by mohly svědčit o životě? Jak jsou tyto materiály uspořádány a koncentrovány, aby mohl vzniknout život? Jsou v některých oblastech naší galaxie větší (nebo menší) pravděpodobnost výskytu biogenních prekurzorů? Jsou planety a měsíce jedinými místy, kde může vzniknout život nebo jeho bezprostřední prekurzory?

Jaká je nejmenší, nejzákladnější úroveň, na které život vnímá gravitaci a reaguje na ni?

Buněční fyziologové a fyzici budou vyzváni, aby zjistili nejmenší úroveň biologické organizace, na které lze gravitaci (nebo její nedostatek) vnímat, přenášet a reagovat na ni. Gravitace je jediným faktorem prostředí, jehož přítomnost a síla zůstává konstantní po celou dobu existence života na Zemi. Gravitace je také jediným faktorem prostředí, jehož přítomnost nelze na povrchu Země nebo v její blízkosti odstranit (na více než několik sekund). Proto se život nikdy nedostal do situace, kdy by gravitace nebyla přítomna.
Vyvinuly se biologické procesy, které jsou závislé na přítomnosti gravitace? Existují biologické procesy, které nejsou citlivé na přítomnost či nepřítomnost gravitace? Existuje prahová úroveň gravitace, při níž smyslové mechanismy reagují na gravitaci? Na jaké úrovni (úrovních) organizace mohou formy života detekovat přítomnost a směr gravitace? Reagují biologické jevy závislé na gravitaci na jiné síly v prostředí? Vyvíjejí se mechanismy vnímání gravitace u organismů, které vyrostly v nepřítomnosti gravitace? Fungují smyslové schopnosti organismů vychovaných v mikrogravitaci normálně, když jsou vystaveny gravitaci? Jaké je maximální gravitační pole, v němž se může vyvíjet život?

Co bude třeba, aby pozemský život přežil a přizpůsobil se prostředí ve vesmíru a na jiných planetách?

Konstruktéři kosmických lodí, inženýři pro podporu života, vědci zabývající se lidskými faktory, evoluční biologové, ekologové, lékaři, environmentální toxikologové a psychologové budou vyzváni, aby pochopili, co je zapotřebí k podpoře lidí a dalších forem pozemského života v mimozemském prostředí – ve vesmíru a na povrchu planet.
Jaká protiopatření budeme muset vyvinout, abychom se vypořádali s oslabujícími účinky mikrogravitace a vesmírného záření? Mohou se lidé a další formy života znovu přizpůsobit životu na Zemi poté, co se adaptovali na život v mikrogravitaci nebo v nižších gravitačních polích na Měsíci a Marsu? Mohou být formy života modifikovány tak, aby lépe fungovaly v mimozemském prostředí? Měly by být modifikovány? Měli bychom modifikovat pouze dospělé jedince, nebo předem adaptovat děti? ? Mohou se děti narozené v mimozemských koloniích přizpůsobit životu na Zemi? Mohou se lidé ve vesmíru vůbec rozmnožovat? Pokud se rozhodneme terraformovat jiné světy, jakými formami života tyto světy osadíme? Můžeme modifikovat existující pozemské formy života? Budeme muset vytvořit nové?

Jak se lidská kultura přizpůsobí a bude se vyvíjet v mimozemském prostředí?

Všichni výše zmínění i lidé bez zvláštních odborných znalostí budou muset pochopit, co bude potřeba, aby lidé a další pozemské formy života přežily, prosperovaly a vyvíjely se v nových prostředích ve vesmíru a na jiných světech.

Kromě biomedicínských otázek přinesou lidé s sebou stávající společenské a kulturní hodnoty, když se rozšíří po vesmíru? Jaké nové kulturní adaptace budou provedeny? V jakém okamžiku se lidé žijící mimo Zemi budou více identifikovat se svým současným domovem a méně se Zemí? Měly by se před osídlením jiných světů vypracovat plány, jak budou tyto světy samosprávné, nebo bychom měli nechat lidské přirozenosti volný průběh? Změní prostředí mikrogravitace způsob, jakým lidé mezi sebou komunikují? Co by se mohlo stát na světě s nízkou gravitací, kde by si lidé mohli připnout křídla a létat? Jak se lidé přizpůsobí dlouhým pobytům ve vesmíru, které mohou trvat déle než jeden lidský život? Jak by mohla hibernace učinit dlouhé lety do vesmíru snesitelnějšími a co se stane, až se lidé v budoucnu probudí? Pokud se lidé rozptýlí po hvězdách, zůstanou v kontaktu s jinými světy, nebo přeruší všechny vazby?

Co se stane, pokud potkáme jiný rozumný druh?

Proč máme takový zájem opustit Zemi a zkoumat vesmír?

Lidé bez vědeckého či technického vzdělání budou vyzváni, aby potvrdili, že takový výzkum je skutečně přínosný. Možná, že přínos není okamžitý – ale přesto by měl být relevantní.

Co nás pohání k tomu, abychom expandovali a zkoumali za obzor? Je to vrozená lidská vlastnost, nebo vlastnost předávaná z generace na generaci kulturními prostředky?

Sledujte prosím astrobiologii na Twitteru.