L’astrobiologia cerca di capire l’origine degli elementi costitutivi della vita, come questi composti biogenici si combinano per creare la vita, come la vita influenza – ed è influenzata dall’ambiente da cui è nata, e infine, se e come la vita si espande oltre il suo pianeta di origine.

Nessuna di queste domande è in alcun modo nuova – ma per la prima volta da quando sono state poste, queste domande possono ora avere una risposta. L’astrobiologia cerca di fornire una base filosofica e programmatica che permetta di esplorare il posto della vita nell’universo – a livelli di complessità correlati che vanno dal molecolare al galattico.
All’inizio, si potrebbe non pensare che il proprio campo di competenza possa essere rilevante per l’astrobiologia. Infatti, con la prospettiva cosmica dell’Astrobiologia, potrebbero vedere i loro interessi come un po’ distanti da un’impresa così ampia. Immergetevi anche nella descrizione più superficiale dell’astrobiologia e vedrete presto che non solo è coinvolta una vasta gamma di discipline scientifiche e ingegneristiche, ma che i punti di intersezione tra queste discipline sono spesso nuovi.

A un certo punto tutti hanno un interesse nell’astrobiologia. La sfida che ci attende non è tanto l’inquadramento delle domande quanto il modo di incanalare tutte le competenze rilevanti verso il compito giusto in modo da rispondere a queste domande. Richiede anche la volontà di tutti i partecipanti di sfidare i vecchi presupposti e concepire nuovi modi di fare le cose.

Come disse una volta Albert Einstein, “l’universo è più strano di quanto possiamo immaginare”. Tuttavia, armati di questo avvertimento, gli astrobiologi non dovrebbero mai smettere di cercare di immaginare come funziona l’universo – né evitare di cercare di capire il loro posto personale in mezzo al suo splendore e mistero.

Puoi essere un astrobiologo semplicemente decidendo di esserlo.

Come la vita e il mondo su cui risiede si influenzano a vicenda nel tempo?

Oceanografi e climatologi saranno chiamati ad aiutare a capire come la vita e il pianeta su cui è sorta influenzano la composizione dell’atmosfera di quel pianeta. Si tratta di capire come si formano gli oceani e le atmosfere, come interagiscono per perpetuare le condizioni necessarie alla vita, come i cambiamenti nell’atmosfera e negli oceani possono cambiare il corso dell’evoluzione e come l’attività delle forme di vita può a sua volta alterare il carattere dell’atmosfera di un pianeta e dei suoi oceani.

Ma la Terra è solo un pianeta – e difficilmente rappresentativo di tutti i mondi di questo sistema solare. Cosa succede alla vita su un pianeta (Marte) quando i suoi oceani si seccano (o affondano nel terreno) e la maggior parte della sua atmosfera sfugge nello spazio, mentre il resto si congela ai suoi poli? Gli stessi passi che hanno indotto la vita sulla Terra possono essere avviati su un mondo (Europa) dove una spessa crosta di ghiaccio ha un ambiente sotto vuoto ad alta radiazione da un lato e un oceano liquido dall’altro – un mondo dove la principale fonte di energia non proviene da una stella ma dalle interazioni di marea con un pianeta gigante gassoso? Possiamo controllare il processo in tempo per evitare gravi conseguenze? Abbiamo iniziato un processo che altrimenti si sarebbe verificato naturalmente? Cioè, la conseguenza inevitabile della promozione della vita intelligente su un pianeta è la modifica della sua biosfera? Se siamo riusciti ad alterare la biosfera terrestre in modo casuale e non pianificato, si potrebbero trarre lezioni da questo esperimento incontrollato in modo da poter trasformare deliberatamente un mondo inospitale (terraformarlo) in uno capace di sostenere la vita?

Paleontologi, biologi evolutivi e forse anche archeologi saranno chiamati ad aiutare a capire il record della vita precedente sulla Terra in un contesto planetario – cioè, quali lezioni possiamo imparare dal dipanare il nostro passato per guidarci mentre scopriamo cosa è successo su altri pianeti? È in questo contesto che si inseriscono i geologi e gli astronomi planetari. Quali sono le implicazioni che si possono trarre dalla documentazione fossile della Terra per quanto riguarda il tempo e la velocità con cui si forma la vita nella storia di un pianeta? La complessità nasce ad un ritmo costante o avviene a scatti? I cambiamenti negli ambienti planetari guidano o seguono i periodi di cambiamento? Eventi di origine esterna come grandi impatti, una supernova vicina o variazioni stellari influenzano il ritmo e il carattere dell’evoluzione della vita? La vita nasce non appena le condizioni lo permettono? La vita nasce solo per essere estinta da eventi cataclismici per poi sorgere di nuovo? È possibile estinguere veramente la vita una volta che si è diffusa su (e dentro) un pianeta?

Possiamo aspettarci di trovare fossili su altri mondi? Se sì, dove dobbiamo cercare? La storia iniziale di Marte è stata abbastanza simile a quella della Terra da poter trovare facilmente prove di vita come sulla Terra? I pianeti possono scambiarsi materiale contenente fossili? Se sì, quali sono le implicazioni per lo scambio di materiale vivente tra i pianeti? Se il materiale viene scambiato, è un fenomeno raro o comune? Le registrazioni fossili su diversi pianeti possono essere usate per calibrare se/quando tali scambi sono avvenuti e se forme di vita estranee sono riuscite a prosperare?

Come si arriva dalla chimica semplice a forme di vita autoreplicanti?

Chimici organici e inorganici, teorici dell’informazione, genetisti e biologi molecolari saranno chiamati a capire come sono nati i sistemi autoreplicanti e come si sono evoluti per includere la codifica delle informazioni e il controllo metabolico. Di interesse per l’astrobiologia è quali materiali e ambienti non viventi hanno partecipato all’origine dei sistemi chimici autoreplicanti. Quali materiali erano necessari? Possiamo replicare queste condizioni oggi? Ci sono sistemi alternativi, che potrebbero nascere da materiali di partenza diversi? C’erano sistemi di vita primordiali in competizione – e se è così, uno ha vinto sull’altro o si sono fusi in un’unica biologia?

Altra cosa interessante è capire come erano i primi sistemi genetici, se esistono analoghi sulla Terra oggi, e se gli organismi attuali contengono fossili molecolari (cioè componenti antichi conservati durante l’evoluzione) che possono fornire intuizioni sui primi sistemi genetici.

La vita in ambienti estremi – è così che la vita ha avuto inizio sulla Terra – ed è questo che possiamo aspettarci di trovare su altri mondi?

Microbiologi, ecologi, oceanografi, chimici organici e inorganici, e geologi saranno chiamati a comprendere gli estremi ambientali entro cui la vita può esistere sulla Terra. La vita è stata trovata a miglia sotto la crosta terrestre, nelle porzioni più profonde del mare, in acqua caustica e bollente, all’interno di reattori nucleari, all’interno di rocce antartiche e in siti di rifiuti tossici. Si pensa ora che la vita sia nata sulla Terra in condizioni calde e ostili.

Come tali, gli estremi in cui la vita terrestre prospera sono indicativi degli ambienti in cui la vita può nascere altrove? Questi ambienti suggeriscono la gamma di ambienti su altri mondi in cui la vita può sopravvivere? Indicano forse i luoghi in cui potremmo trovare resti di ecosistemi su mondi come Marte che hanno subito un cambiamento climatico estremo? I microbiologi industriali e i ricercatori farmaceutici possono anche essere arruolati in quanto un certo numero di enzimi isolati da estremofili sono già stati messi a significativo uso scientifico e commerciale.

Impatti planetari su larga scala: Devastazione e recupero degli ecosistemi.

Astronomi, geologi planetari e paleontologi saranno chiamati a valutare l’effetto che i grandi impatti hanno sulla vita sulla Terra. Un chiaro record di bombardamento nella prima storia del sistema solare è stato trovato sparso su molti pianeti e lune. Diversi anni fa abbiamo visto una cometa colpire Giove con una forza molte volte superiore all’arsenale nucleare collettivo del nostro pianeta. Sulla Terra è chiaro che grandi impatti che distruggono l’ecosistema si sono verificati con una certa regolarità. Questi impatti spiegano qualcuno dei percorsi intrapresi durante l’evoluzione della vita sulla Terra? Gli impatti planetari sono una componente “naturale” dell’evoluzione della vita su un pianeta? Se è così, la frequenza degli impatti accelera o ritarda l’evoluzione di nuove forme di vita? In effetti, i frequenti impatti durante la giovinezza di un pianeta cancellano la vita una o più volte prima che questa prenda finalmente piede?

Un costante, quotidiano afflusso di materiale meteoritico, presunti fossili extraterrestri trovati all’interno del meteorite marziano ALH84001, recenti analisi della composizione cometaria, servono ad aumentare l’interesse nel ruolo che i materiali extraterrestri hanno avuto nell’origine della vita sulla Terra. Gli oceani sulla Terra e su Marte sono il risultato di impatti cometari? Che ruolo ha questo afflusso costante di materiali nell’ecosistema di un pianeta? Gli organismi vitali possono essere trasferiti tra i pianeti – cioè dobbiamo considerare un’ecologia in cui sono coinvolti più biota di un pianeta? Si possono concentrare piccole raccolte di materiali biogenici su mondi altrimenti abiotici – come i poli della luna della Terra? Se i materiali che colpiscono la Terra contengono composti biogenici, cosa dice questo sulla capacità della vita di originarsi all’interno di comete e altri piccoli corpi?

Protezione planetaria: prevenire un mix interplanetario indesiderato di forme di vita

Epidemiologi, microbiologi, etici, ingegneri di veicoli spaziali e professionisti della salute ambientale saranno chiamati a valutare come proteggiamo noi stessi e la biosfera del nostro pianeta da forme di vita extraterrestri dannose – così come quali misure prendiamo per essere certi di non contaminare altri mondi. Come sterilizziamo i veicoli spaziali in modo da prevenire la contaminazione di altri mondi con forme di vita terrestri? Come possiamo restituire campioni da altri mondi in un modo che riduca adeguatamente il rischio di incidenti pur mantenendo l’integrità del campione? Se forme di vita di due diversi pianeti entrano in contatto diretto, questo incontro sarà benigno o dannoso? I microbi di un pianeta possono causare malattie in un organismo di un altro pianeta?

È possibile inviare esseri umani su altri mondi (come Marte) senza contaminarli? Le tute spaziali possono essere progettate in modo da non contaminare la superficie di un pianeta? La contaminazione planetaria è la conseguenza inevitabile dell’esplorazione umana? Se troviamo un mondo che è privo di vita – a che punto siamo abbastanza sicuri da non preoccuparci di contaminare questo mondo? – Dopo tutto, la vita è stata trovata a miglia sotto la superficie terrestre e habitat simili potrebbero sfuggire al rilevamento su altri mondi? Se la vita viene trovata su un altro mondo, ha il “diritto” di esistere senza contaminazione terrestre? Come decidiamo se è sicuro ed eticamente accettabile terraformare un pianeta?

Pianeti extrasolari: trovarli e valutare il loro potenziale biologico

Astronomi, climatologi ed ecologi saranno chiamati a concepire una strategia che permetta di individuare pianeti extrasolari in grado di favorire lo sviluppo della vita. Recenti scoperte sembrano dimostrare che la formazione di pianeti è un fenomeno comune nell’universo. Mentre finora sono stati individuati solo grandi pianeti di classe Giove, è solo una questione di tempo prima che vengano trovati pianeti più piccoli, di classe Terra.

È possibile rilevare direttamente questi pianeti? Cosa cerchiamo quando cerchiamo di accertare dove un pianeta supporta la vita? I fenomeni planetari indicativi della vita possono essere rilevati a distanze interstellari? Ci sono aspetti della composizione atmosferica di un pianeta che sono indicativi dei disequilibri che ci aspettiamo che la vita mantenga? Ci sono aspetti di un mondo oceanico coperto di ghiaccio come Europa che possono essere rilevati a distanza? Cercheremo prove chimiche diverse da quelle utilizzate dalla vita sulla Terra? Possiamo determinare qual è la zona abitabile per una stella? Possono sorgere pianeti – e le condizioni per la vita – in sistemi stellari multipli?

Ci sono caratteristiche che una razza tecnologica lascia che possono essere rilevate attraverso distanze interstellari? Queste caratteristiche sopravvivono ai loro creatori? Cercheremo sfere di Dyson o altri mezzi con cui la produzione di una stella viene sfruttata o modificata? Cercheremo sistemi stellari con più di un mondo abitabile, magari pianeti terraformati? L’atto di attraversare lo spazio interstellare lascia tracce rilevabili? (alcuni lampi di raggi gamma provengono in realtà da astronavi?)

La vita è una conseguenza naturale della formazione planetaria?

Geologi, astronomi, chimici e climatologi saranno chiamati a capire come i pianeti si aggregano, come si differenziano, come riciclano i materiali, e come questi fattori si combinano per creare e sostenere un ambiente favorevole all’origine e alla perpetuazione della vita.

I processi di nascita stellare e la formazione del disco protoplanetario sono fenomeni comuni (e intrinsecamente simili)? Cioè, materiali simili vanno nella formazione di pianeti in tutto l’universo – e il nostro sistema solare è simile a questi altri sistemi solari? Se la vita si trova su mondi diversi dalla Terra, quanto è comune in tutto il nostro sistema solare? In tutto l’universo? Se la vita è comune nel nostro sistema solare, può essere estrapolata ad altri sistemi solari – anzi, all’intero universo?

Ricerca – e comunicazione con – l’intelligenza extraterrestre

Astronomi radio e ottici, fornitori di telecomunicazioni, crittografi, linguisti, psicologi, etici e giornalisti saranno chiamati a ideare e gestire la ricerca di intelligenza extraterrestre (SETI). Anche se un Congresso americano poco lungimirante ha interrotto il sostegno del governo a questo sforzo, esso continua comunque. La capacità tecnologica di cercare e identificare segnali candidati sperimenta un effetto di raddoppio in meno di un anno.

Possiamo escogitare strategie che forniscano un’adeguata indagine del cielo? Sapremo riconoscere un segnale artificiale quando ne troviamo uno? Se riconosciamo il segnale – possiamo decodificarlo – e lo capiremo? C’è qualcosa da imparare per comunicare con specie non umane come le scimmie e le balene? Possiamo continuare a condurre questa ricerca sulla Terra dato che le fonti di interferenza radio sono in aumento? Dovremo spostare il SETI nello spazio o forse sul lato più lontano della Luna per sfuggire alle interferenze? Stiamo esaminando tutti i possibili modi in cui la comunicazione può avvenire attraverso le distanze interstellari? Se riceviamo un messaggio, dobbiamo rispondere? Se sì, chi compone il messaggio e come lo inviamo?

Sistemi nervosi: come ha influito la Terra sul loro sviluppo – e come risponderanno all’ambiente spaziale?

Neuroscienziati e comportamentisti saranno chiamati a capire come la vita evolve la capacità di scambiare informazioni all’interno e tra gli organismi – e come questi organismi ottengono informazioni dal loro ambiente esterno e le restituiscono.

Quali stimoli ambientali hanno portato all’evoluzione dei sistemi nervosi? Che ruolo gioca un campo gravitazionale nello sviluppo e nell’organizzazione del sistema nervoso di un organismo? Questo sistema nervoso può svilupparsi normalmente in ambienti a gravità alterata? Il sistema nervoso di un individuo allevato in microgravità può adattarsi completamente alla vita in un ambiente 1G? Come fa un organismo allevato in microgravità a percepire la posizione e la direzione? Il sistema nervoso può evolversi con la capacità di intercettare – e creare – tipi di energia che attualmente non si vedono nelle forme di vita terrestri – per esempio radio, microonde, magnetica e raggi X?

Muscoli e ossa: cosa succede quando le strutture portanti non hanno più peso da sostenere?

Fisiologi delle ossa, dei muscoli e dell’esercizio fisico, biologi dello sviluppo, anatomisti comparati, neurofisiologi, kinesiologi e terapisti della riabilitazione saranno chiamati a capire come la vita sviluppa sistemi interni di supporto architettonico, come questi sistemi sono articolati per il movimento e quale ruolo gioca la gravità nell’evoluzione, nello sviluppo, nel funzionamento e nel mantenimento di questi sistemi. I sistemi muscoloscheletrici servono a sostenere gli organismi contro la forza di gravità e a permettere il movimento all’interno di un campo gravitazionale. I sistemi scheletrici utilizzano minerali comuni per formare architetture che si adattano e riadattano costantemente ai modelli di utilizzo e alle forze. Il controllo muscolare può coinvolgere complessi meccanismi neurali che sono affinati dall’esperienza man mano che un organismo reagisce al suo ambiente. Eppure queste architetture di supporto e le modalità di movimento sono il risultato di miliardi di anni di sviluppo all’interno delle forze imposte da un campo gravitazionale. La rimozione della gravità impone sfide operative a cui questi sistemi non sono mai stati chiamati a reagire.

I sistemi scheletrici si sono evoluti per utilizzare i materiali a portata di mano o c’è una preferenza evolutiva per un materiale rispetto a un altro? I sistemi muscolo-scheletrici si sviluppano normalmente in assenza di un campo gravitazionale? Questi sistemi si sviluppano a sufficienza per permettere a un organismo di vivere la sua vita in microgravità? I sistemi muscolo-scheletrici degli organismi cresciuti in microgravità possono funzionare normalmente quando sono esposti alla gravità normale? Come rispondono questi sistemi a campi gravitazionali superiori a quello terrestre? Le forme di vita su altri pianeti evolvono strutture e modalità di movimento simili agli organismi terrestri o ci sono altre soluzioni possibili? Il volo è più diffuso su mondi con gravità inferiore a quella terrestre e meno comune su mondi dove la gravità è maggiore di quella terrestre?

Come si formano, si distribuiscono e si riciclano nell’universo le materie prime della vita?

Gli astronomi e gli astrofisici saranno chiamati a capire come le stelle producono gli elementi necessari per la vita, come questi materiali sono organizzati in sistemi planetari, come questi materiali sono elaborati durante l’evoluzione del sistema planetario, e come sono riciclati quando la stella ospite diventa supernova o persi quando la stella ospite si affievolisce e muore.
Esiste un’ecologia galattica dove i materiali biogenici sono prodotti e riciclati dalle stelle? Quanto sono diffusi i cosiddetti “composti organici” nell’universo? Ci sono altri composti che potrebbero essere indicativi della vita? Come sono organizzati e concentrati questi materiali in modo che la vita possa formarsi? Ci sono regioni della nostra galassia che hanno più (o meno) probabilità di contenere precursori biogenici? I pianeti e le lune sono gli unici luoghi in cui la vita o i suoi precursori immediati possono formarsi?

Qual è il più piccolo, fondamentale livello al quale la vita percepisce e risponde alla gravità?

Fisiologi e fisici cellulari saranno chiamati ad accertare il più piccolo livello di organizzazione biologica al quale la gravità (o la sua mancanza) può essere percepita, trasdotta e rispondere. La gravità è l’unico fattore ambientale la cui presenza e forza è rimasta costante per tutta la durata della vita sulla Terra. La gravità è anche l’unico fattore ambientale la cui presenza non può essere rimossa (per più di pochi secondi) sulla superficie terrestre o nelle sue vicinanze. Come tale, la vita non è mai stata messa in una situazione in cui la gravità non fosse presente.
Si sono evoluti processi biologici che dipendono dalla presenza della gravità? Esistono processi biologici insensibili alla presenza o all’assenza di gravità? Esiste un livello soglia di gravità al quale i meccanismi sensoriali rispondono alla gravità? A quale livello(i) di organizzazione le forme di vita possono rilevare la presenza e la direzione della gravità? I fenomeni biologici dipendenti dalla gravità rispondono ad altre forze nell’ambiente? I meccanismi di rilevamento della gravità si sviluppano in organismi cresciuti in assenza di gravità? Le capacità sensoriali degli organismi allevati in microgravità funzionano normalmente quando sono esposti alla gravità? Qual è il campo gravitazionale massimo all’interno del quale la vita può evolversi?

Che cosa servirà alla vita terrestre per sopravvivere e adattarsi agli ambienti nello spazio e su altri pianeti?

Ingegneri di veicoli spaziali, ingegneri di supporto vitale, scienziati di fattori umani, biologi evolutivi, ecologisti, medici, tossicologi ambientali e psicologi saranno chiamati a capire cosa è necessario per sostenere gli esseri umani e altre forme di vita terrestri in ambienti extraterrestri – nello spazio e sulle superfici planetarie.
Che tipo di contromisure dovremo sviluppare per affrontare gli effetti debilitanti della microgravità e della radiazione spaziale? Gli esseri umani e altre forme di vita possono riadattarsi alla vita sulla Terra dopo essersi adattati a vivere in microgravità o nei campi gravitazionali inferiori sulla Luna e su Marte? Le forme di vita possono essere modificate per funzionare meglio in ambienti extraterrestri? Dovrebbero essere modificate? Dovremmo modificare solo gli adulti o pre-adattare i bambini? ? I bambini nati in colonie extraterrestri possono adattarsi alla vita sulla Terra? Gli esseri umani possono riprodursi anche nello spazio? Se decidiamo di terraformare altri mondi, con quali forme di vita semineremo questi mondi? Possiamo modificare le forme di vita terrestri esistenti? Dobbiamo crearne di nuove?

Come si adatterà ed evolverà la cultura umana in ambienti extraterrestri?

Tutti quelli menzionati sopra, più persone senza particolari competenze, saranno chiamati a capire cosa servirà agli esseri umani e ad altre forme di vita terrestri per sopravvivere, prosperare ed evolvere in nuovi ambienti nello spazio e su altri mondi. Che tipo di nuovi adattamenti culturali verranno fatti? A che punto gli umani che vivono fuori dalla Terra si identificheranno di più con la loro casa attuale e meno con la Terra? Prima di colonizzare altri mondi, si dovrebbero fare dei piani su come questi mondi saranno autogestiti o dovremmo semplicemente lasciare che la natura umana faccia il suo corso? Gli ambienti di microgravità altereranno il modo in cui gli esseri umani interagiscono tra loro? Cosa potrebbe accadere su un mondo a bassa gravità dove gli esseri umani potrebbero plausibilmente indossare delle ali e volare? Come si adatteranno gli esseri umani a lunghi periodi di viaggio nello spazio, che potrebbero richiedere più di una vita umana per essere completati? Come potrebbe l’ibernazione rendere più tollerabili i lunghi voli spaziali e cosa succederà quando le persone si sveglieranno in futuro? Se gli umani si spargono tra le stelle, rimarranno in contatto con altri mondi o taglieranno tutti i legami?

Cosa succede se incontriamo un’altra specie senziente?

Perché siamo così interessati a lasciare la Terra per esplorare l’universo?

Persone senza una formazione scientifica o tecnica saranno chiamate a convalidare che tale ricerca è di reale beneficio. Forse il beneficio non è immediato – ma dovrebbe, nondimeno, essere rilevante.

Che cos’è che ci spinge ad espanderci ed esplorare oltre l’orizzonte? Si tratta di una caratteristica umana innata o di una caratteristica trasmessa di generazione in generazione attraverso mezzi culturali?

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