Astrobiologia urmărește să înțeleagă originea elementelor constitutive ale vieții, modul în care acești compuși biogeni se combină pentru a crea viața, modul în care viața afectează – și este afectată de mediul din care a apărut și, în cele din urmă, dacă și cum se extinde viața dincolo de planeta sa de origine.

Niciuna dintre aceste întrebări nu este în niciun caz nouă – dar, pentru prima dată de când au fost puse, aceste întrebări ar putea avea acum un răspuns. Astrobiologia urmărește să ofere o bază filosofică și programatică prin care să poată fi explorat locul vieții în univers – la niveluri de complexitate interrelaționate, de la cel molecular la cel galactic.
La început, cineva ar putea să nu creadă că domeniul său de expertiză ar putea fi relevant pentru astrobiologie. Într-adevăr, având în vedere perspectiva cosmică a Astrobiologiei, ar putea foarte bine să considere că interesele lor sunt oarecum îndepărtate de un efort atât de expansiv. Scufundați-vă chiar și în cea mai superficială descriere a Astrobiologiei și veți vedea în curând că nu numai că este implicată o gamă vastă de discipline științifice și inginerești, dar că punctele de intersecție dintre aceste discipline sunt adesea noi.

La un moment dat, toată lumea are un interes în Astrobiologie. Provocarea care ne așteaptă nu constă atât de mult în formularea întrebărilor, cât în modul de canalizare a întregii expertize relevante către sarcina corectă, astfel încât să se răspundă la aceste întrebări. De asemenea, este nevoie de dorința tuturor participanților de a contesta vechile ipoteze și de a concepe modalități noi de a face lucrurile.

Cum a spus Albert Einstein, „universul este mai ciudat decât ne putem imagina”. Cu toate acestea, înarmați cu acest avertisment, astrobiologii nu ar trebui să înceteze niciodată să încerce să își imagineze cum funcționează universul – și nici să se ferească să încerce să înțeleagă locul lor personal în mijlocul splendorii și misterului său.

Puteți fi un astrobiolog prin simpla decizie că sunteți unul.

Cum se influențează reciproc viața și lumea pe care aceasta locuiește de-a lungul timpului?

Oceanografii și climatologii vor fi chemați să ajute la înțelegerea modului în care viața și planeta pe care a apărut afectează compoziția atmosferei acelei planete. Este vorba de înțelegerea modului în care se formează oceanele și atmosferele, a modului în care acestea interacționează pentru a perpetua condițiile necesare vieții, a modului în care schimbările în atmosferă și ocean pot schimba cursul evoluției și a modului în care activitatea formelor de viață poate, la rândul său, să modifice caracterul atmosferei unei planete și al oceanelor sale.

Dar Pământul este doar o planetă – și cu greu reprezentativă pentru toate lumile din acest sistem solar. Ce se întâmplă cu viața pe o planetă (Marte) atunci când oceanele sale se usucă (sau se scufundă în pământ) și cea mai mare parte a atmosferei sale scapă în spațiu, iar restul îngheață la poli? Pot fi inițiate aceleași etape generatoare de viață care au avut loc pe Pământ pe o lume (Europa) unde o crustă groasă de gheață are pe de o parte un mediu vidat de radiații înalte și pe de altă parte un ocean lichid – o lume în care principala sursă de energie nu provine de la o stea, ci din interacțiunile de maree cu o planetă gigantică gazoasă?

În plan imediat: cum sunt de bun augur toate aceste interacțiuni dintre aer, apă și viața de pe Pământ pentru modul în care ne transformăm planeta? Putem controla procesul la timp pentru a preveni consecințele grave? Am inițiat un proces care altfel ar fi avut loc în mod natural? Adică, este consecința inevitabilă a încurajării vieții inteligente pe o planetă modificarea biosferei sale? Dacă am reușit să modificăm biosfera Pământului într-un mod întâmplător și neplanificat, ar putea fi trase învățăminte din acest experiment necontrolat, astfel încât să putem transforma în mod deliberat o lume inospitalieră (terraformarea ei) într-una capabilă să susțină viața?

Cum evaluați istoria vieții pe o planetă?

Paleontologii, biologii evoluționiști și poate chiar arheologii vor fi chemați să ajute la înțelegerea istoriei vieții anterioare pe Pământ într-un context planetar – adică, ce lecții putem învăța din deslușirea propriului nostru trecut pentru a ne ghida în timp ce ne dăm seama ce s-a întâmplat pe alte planete? În acest context intră în joc geologii și astronomii planetari. Care sunt implicațiile care pot fi trase din arhiva fosilă a Pământului în ceea ce privește timpul și ritmul în care se formează viața în istoria unei planete? Apare complexitatea la un ritm constant sau se întâmplă pe alocuri? Schimbările din mediile planetare conduc sau urmează perioadele de schimbare? Evenimentele de origine externă, cum ar fi impacturile mari, o supernovă din apropiere sau variațiile stelare, afectează ritmul și caracterul evoluției vieții? Apare viața de îndată ce condițiile permit acest lucru? Apare viața doar pentru a se stinge în urma unor evenimente cataclismice și pentru a apărea din nou? Este posibil să se stingă cu adevărat viața odată ce aceasta s-a răspândit pe (și în interiorul) unei planete?

Ne putem aștepta să găsim fosile pe alte lumi? Dacă da, unde trebuie să căutăm? A fost istoria timpurie a planetei Marte suficient de asemănătoare cu cea a Pământului pentru ca dovezile de viață să poată fi găsite la fel de ușor ca pe Pământ? Pot planetele să schimbe materialul care conține fosile? Dacă da, care sunt implicațiile pentru schimbul de material viu între planete? Dacă se face schimb de material, este acesta un fenomen rar sau comun? Pot fi folosite înregistrările fosilelor de pe mai multe planete pentru a calibra dacă/când au avut loc astfel de schimburi și dacă formele de viață străine au reușit să prospere?

Cum se ajunge de la chimia simplă la forme de viață autoreplicatoare?

Chimiștii organici și anorganici, teoreticienii informației, geneticienii și biologii moleculari vor fi chemați să înțeleagă cum au apărut sistemele autoreplicatoare și cum au evoluat pentru a include codificarea informației și controlul metabolic. De interes pentru astrobiologie este de a afla ce materiale și medii neviabile au participat la originea sistemelor chimice autoreplicante. Ce materiale au fost necesare? Putem reproduce aceste condiții astăzi? Există sisteme alternative, care ar putea apărea din materiale de plecare diferite? Au existat sisteme de viață primordiale concurente – și dacă da, a câștigat unul în fața celuilalt sau au fuzionat într-o singură biologie?

De asemenea, este interesant să înțelegem cum arătau primele sisteme genetice, dacă există analogi pe Pământ în prezent și dacă organismele actuale conțin fosile moleculare (adică componente antice păstrate de-a lungul evoluției) care pot oferi informații despre sistemele genetice timpurii.

Viața în medii extreme – este acesta modul în care viața a început pe Pământ – și este ceea ce ne putem aștepta să găsim pe alte lumi?

Microbiologii, ecologii, oceanografii, chimiștii organici și anorganici și geologii vor fi chemați să înțeleagă extremele de mediu în care viața poate exista pe Pământ. Viața a fost găsită la kilometri sub scoarța terestră, în cele mai adânci porțiuni ale mării, în apă caustică și clocotită, în interiorul reactoarelor nucleare, în interiorul rocilor din Antarctica și în mijlocul siturilor de deșeuri toxice. În prezent, se crede că viața a apărut pe Pământ în condiții fierbinți și ostile.

Ca atare, sunt extremele în care se dezvoltă viața terestră un indicator al mediilor în care viața poate apărea în altă parte? Sunt aceste medii sugestive pentru gama de medii de pe alte lumi în care viața poate supraviețui? Indică ele locurile în care am putea găsi rămășițe de ecosisteme pe lumi precum Marte, care au suferit schimbări climatice extreme? Microbiologii industriali și cercetătorii din domeniul farmaceutic pot fi, de asemenea, implicați, în măsura în care un număr de enzime izolate de la extremofile au fost deja folosite în mod semnificativ în scopuri științifice și comerciale.

Incidente planetare la scară largă: Devastarea și refacerea ecosistemelor.

Astronomii, geologii planetari și paleontologii vor fi chemați să evalueze efectul pe care impacturile mari îl au asupra vieții pe Pământ. O evidență clară a bombardamentelor din istoria timpurie a sistemului solar a fost găsită împrăștiată pe multe planete și luni. Cu câțiva ani în urmă, am urmărit cum o cometă a lovit Jupiter cu o forță de multe ori mai mare decât cea a arsenalului nuclear colectiv al planetei noastre. Pe Pământ, este clar că au avut loc cu o oarecare regularitate impacturi mari care au distrus ecosistemele. Explică aceste impacturi vreunul dintre drumurile parcurse în timpul evoluției vieții pe Pământ? Sunt impacturile planetare o componentă „naturală” a evoluției vieții pe o planetă? Dacă da, rata impacturilor accelerează sau întârzie evoluția noilor forme de viață? Într-adevăr, impacturile frecvente în timpul tinereții unei planete șterg viața de una sau mai multe ori înainte ca aceasta să se instaleze în cele din urmă?

Un aflux constant, zilnic, de material meteoritic, fosile extraterestre presupuse găsite în meteoritul marțian ALH84001, analize recente ale compoziției cometare, servesc la creșterea interesului pentru rolul pe care materialele extraterestre l-au avut în originea vieții pe Pământ. Au rezultat oceanele de pe Pământ și Marte în urma impactului cometelor? Ce rol joacă acest aflux constant de materiale în ecosistemul unei planete? Pot fi transferate organisme viabile între planete – adică trebuie să luăm în considerare o ecologie în care sunt implicate mai multe biote de pe o planetă? Pot fi concentrate mici colecții de materiale biogenetice pe lumi altfel abiotice – cum ar fi polii Lunii Pământului? Dacă materialele care lovesc Pământul conțin compuși biogeni, ce spune acest lucru despre capacitatea vieții de a se naște în interiorul cometelor și al altor corpuri mici?

Protecție planetară: prevenirea unui amestec interplanetar nedorit de forme de viață

Epidemiologii, microbiologii, eticienii, inginerii de nave spațiale și profesioniștii din domeniul sănătății mediului vor fi chemați să evalueze modul în care ne protejăm pe noi înșine și biosfera planetei noastre de forme de viață extraterestră dăunătoare – precum și ce măsuri luăm pentru a fi siguri că nu contaminăm alte lumi. Cum sterilizăm navele spațiale astfel încât să prevenim contaminarea altor lumi cu forme de viață terestră? Cum returnăm eșantioanele din alte lumi într-un mod care să reducă în mod adecvat riscul de accident, menținând în același timp integritatea eșantionului? În cazul în care forme de viață de pe două planete diferite intră în contact direct, această întâlnire va fi benignă sau dăunătoare? Pot microbii de pe o planetă să provoace boli la un organism de pe o altă planetă?

Este posibil să trimitem oameni pe alte lumi (cum ar fi Marte) fără a contamina acele lumi? Pot fi proiectate costume spațiale astfel încât să nu contamineze suprafața unei planete? Este contaminarea planetară o consecință inevitabilă a explorării umane? Dacă găsim o lume lipsită de viață – în ce moment suntem suficient de siguri încât să nu ne facem griji cu privire la contaminarea acestei lumi? – La urma urmei, viața a fost găsită la kilometri sub suprafața Pământului și habitate similare ar putea să nu fie detectate pe alte lumi? În cazul în care viața este găsită pe o altă lume, are aceasta „dreptul” de a exista fără contaminare terestră? Cum decidem dacă este sau nu sigur și acceptabil din punct de vedere etic să teraformăm o planetă?

Planeta extrasolară: găsirea și evaluarea potențialului biologic al acesteia

Astronomii, climatologii și ecologiștii vor fi chemați să elaboreze o strategie prin care să poată fi localizate planetele extrasolare capabile să favorizeze dezvoltarea vieții. Descoperirile recente par să arate că formarea planetelor este un fenomen comun în univers. Deși până în prezent au fost detectate doar planete mari, de clasa Jupiter, este doar o chestiune de timp până când se așteaptă să fie găsite planete mai mici, de clasa Pământului.

Pot fi imaginate direct aceste planete? Ce căutăm atunci când încercăm să stabilim unde o planetă susține viața? Pot fi detectate fenomene planetare indicatoare de viață la distanțe interstelare? Există aspecte ale compoziției atmosferice a unei planete care să indice dezechilibrele pe care ne așteptăm să le mențină viața? Există aspecte ale unei lumi oceanice acoperite de gheață, cum ar fi Europa, care pot fi detectate de la distanță? Vom căuta dovezi chimice diferite de cele pe care le folosește viața de pe Pământ? Putem determina care este zona locuibilă pentru o stea? Pot planetele – și condițiile pentru viață să apară în mai multe sisteme stelare?

Există trăsături o rasă tehnologică pleacă care poate fi detectată la distanțe interstelare? Aceste trăsături supraviețuiesc creatorilor lor? Vom căuta sfere Dyson sau alte mijloace prin care producția unei stele să fie exploatată sau modificată? Vom căuta sisteme stelare cu mai mult de o lume locuibilă, poate planete terraformate? Faptul de a traversa spațiul interstelar lasă urme detectabile? (oare unele explozii de raze gamma provin de fapt de la nave stelare?)

Este viața o consecință naturală a formării planetelor?

Geologii, astronomii, chimiștii și climatologii vor fi chemați să înțeleagă cum se acumulează planetele, cum se diferențiază, cum reciclează materialele și cum acești factori se combină pentru a crea și susține un mediu propice pentru originea și perpetuarea vieții.

Sunt procesele de naștere stelară și formarea discurilor protoplanetare fenomene comune (și inerent similare)? Adică, intră materiale similare în formarea planetelor din întregul univers – și este sistemul nostru solar similar cu aceste alte sisteme solare? În cazul în care viața se găsește pe alte lumi decât Pământul, cât de frecventă este aceasta în întregul nostru sistem solar? În întregul univers? Dacă viața este comună în sistemul nostru solar, poate fi aceasta extrapolată la alte sisteme solare – de fapt, la întregul univers?

Cercetarea – și comunicarea cu – inteligența extraterestră

Astronomii radio și optici, furnizorii de telecomunicații, criptografii, lingviștii, psihologii, eticienii și jurnaliștii vor fi chemați să conceapă și să opereze căutarea de inteligență extraterestră (SETI). Deși un Congres american lipsit de viziune a pus capăt sprijinului guvernamental pentru acest efort, el continuă totuși. Capacitatea tehnologică de a căuta și de a identifica semnale candidate cunoaște un efect de dublare în mai puțin de un an.

Pot fi concepute strategii, care să asigure o cercetare adecvată a cerului? Vom ști să recunoaștem un semnal artificial atunci când îl vom găsi? Dacă vom recunoaște semnalul – îl vom putea decoda – și îl vom înțelege? Este ceva de învățat pentru comunicarea cu speciile non-umane, cum ar fi maimuțele și balenele? Putem continua să desfășurăm această căutare pe Pământ în condițiile în care sursele de interferențe radio sunt în creștere? Va trebui să mutăm SETI în spațiu sau poate pe partea îndepărtată a Lunii Pământului pentru a scăpa de interferențe? Avem în vedere toate modalitățile posibile de comunicare pe distanțe interstelare? Dacă primim un mesaj, ar trebui să răspundem? Dacă da, cine compune mesajul și cum îl trimitem?

Sistemele nervoase: cum a afectat Pământul dezvoltarea lor – și cum vor răspunde ele la mediul spațial?

Neuroscientiștii și behavioriștii vor fi chemați să înțeleagă cum evoluează viața capacitatea de a schimba informații în interiorul organismelor și între organisme – și cum aceste organisme obțin informații de la și le transmit înapoi în mediul lor extern.

Ce stimuli de mediu au dus la evoluția sistemelor nervoase? Ce rol joacă un câmp gravitațional în dezvoltarea și organizarea sistemului nervos al unui organism? Poate acest sistem nervos să se dezvolte normal în medii cu gravitație modificată? Poate sistemul nervos al unui individ crescut în microgravitație să se adapteze pe deplin la viața într-un mediu de 1G? Cum simte poziția și direcția un organism crescut în microgravitație? Pot evolua sistemele nervoase cu capacitatea de a intercepta – și de a crea tipuri de energie care nu se întâlnesc în prezent în formele de viață terestre – de exemplu, radio, microunde, magnetice și raze X?

Musculare și osoase: ce se întâmplă atunci când structurile de susținere a greutății nu mai au greutate de suportat?

Fiziologii de oase, mușchi și exerciții fizice, biologii dezvoltării, anatomiștii comparativi, neurofiziologii, kinesiologii și terapeuții de reabilitare vor fi chemați să înțeleagă modul în care viața dezvoltă sisteme interne de susținere arhitecturală, modul în care aceste sisteme sunt articulate pentru mișcare și ce rol joacă gravitația în evoluția, dezvoltarea, funcționarea și întreținerea acestor sisteme. Sistemele musculo-scheletice au rolul de a susține organismele împotriva atracției gravitaționale, precum și de a permite mișcarea în cadrul unui câmp gravitațional. Sistemele scheletice utilizează minerale comune pentru a forma arhitecturi care se adaptează și se readaptează în mod constant la modelele și forțele de utilizare. Controlul mușchilor poate implica mecanisme neuronale complexe care sunt perfecționate prin experiență, pe măsură ce un organism reacționează la mediul său. Cu toate acestea, aceste arhitecturi de susținere și moduri de mișcare sunt rezultatul a miliarde de ani de dezvoltare în cadrul forțelor impuse de un câmp gravitațional. Îndepărtarea de gravitație impune provocări operaționale la care aceste sisteme nu au fost niciodată chemate să reacționeze.

Sistemele scheletice au evoluat pentru a utiliza materialele pe care le au la îndemână sau există o preferință evolutivă pentru un material față de altul? Sistemele musculo-scheletice se dezvoltă normal în absența unui câmp gravitațional? Se dezvoltă aceste sisteme suficient de mult pentru a permite unui organism să își ducă viața în microgravitație? Sistemele musculo-scheletice ale organismelor crescute în microgravitație pot funcționa în mod normal atunci când sunt expuse la gravitația normală? Cum răspund aceste sisteme la câmpuri gravitaționale mai mari decât cele de pe Pământ? Formele de viață de pe alte planete evoluează structuri și moduri de mișcare similare cu cele ale organismelor terestre sau există alte soluții posibile? Este zborul mai răspândit pe lumile cu o gravitație mai mică decât cea a Pământului și mai puțin comun pe lumile în care gravitația este mai mare decât cea a Pământului?

Cum se formează, se distribuie și se reciclează ingredientele brute ale vieții în univers?

Astronomii și astrofizicienii vor fi chemați să înțeleagă cum produc stelele elementele necesare vieții, cum sunt organizate aceste materiale în sisteme planetare, cum sunt procesate aceste materiale în timpul evoluției sistemului planetar și cum sunt reciclate atunci când steaua gazdă devine supernovă sau pierdute atunci când steaua gazdă se stinge și moare.
Există o ecologie galactică în care materialele biogenetice sunt produse și reciclate prin intermediul stelelor? Cât de răspândiți sunt așa-numiții „compuși organici” în univers? Există și alți compuși care ar putea fi indicatori ai vieții? Cum sunt organizate și concentrate aceste materiale astfel încât să se poată forma viața? Există anumite regiuni ale galaxiei noastre care sunt mai mult (sau mai puțin) susceptibile de a conține precursori biogeni? Sunt planetele și lunile singurele locuri în care se poate forma viața sau precursorii săi imediați?

Care este cel mai mic, cel mai fundamental nivel la care viața percepe și răspunde la gravitație?

Fiziologii și fizicienii de celule vor fi chemați să stabilească cel mai mic nivel de organizare biologică la care gravitația (sau lipsa acesteia) poate fi percepută, translatată și la care se poate răspunde. Gravitația este singurul factor de mediu a cărui prezență și forță a rămas constantă pe toată durata vieții pe Pământ. Gravitația este, de asemenea, singurul factor de mediu a cărui prezență nu poate fi înlăturată (pentru mai mult de câteva secunde) pe sau în apropierea suprafeței Pământului. Ca atare, viața nu a fost niciodată plasată într-o situație în care gravitația să nu fie prezentă.
Au evoluat procesele biologice care depind de prezența gravitației? Există procese biologice care sunt insensibile la prezența sau absența gravitației? Există un nivel de prag al gravitației la care mecanismele senzoriale răspund la gravitație? La ce nivel(uri) de organizare pot detecta formele de viață prezența și direcția gravitației? Reacționează fenomenele biologice dependente de gravitație la alte forțe din mediul înconjurător? Mecanismele de detectare a gravitației se dezvoltă la organismele care sunt crescute în absența gravitației? Funcționează normal capacitățile senzoriale ale organismelor crescute în condiții de microgravitație atunci când sunt expuse la gravitație? Care este câmpul gravitațional maxim în cadrul căruia viața poate evolua?

Ce va fi necesar pentru ca viața terestră să supraviețuiască și să se adapteze la mediile din spațiu și de pe alte planete?

Inginerii de nave spațiale, inginerii de susținere a vieții, oamenii de știință din domeniul factorilor umani, biologii evolutivi, ecologiștii, medicii, toxicologii de mediu și psihologii vor fi chemați să înțeleagă ce este necesar pentru a susține oamenii și alte forme de viață terestră în medii extraterestre – în spațiu și pe suprafețele planetare.
Ce fel de contramăsuri va trebui să dezvoltăm pentru a face față efectelor debilitante ale microgravitației și radiațiilor spațiale? Pot oamenii și alte forme de viață să se readapteze la viața de pe Pământ după ce s-au adaptat să trăiască în microgravitație sau în câmpurile gravitaționale inferioare de pe Lună și Marte? Pot fi modificate formele de viață pentru a funcționa mai bine în medii extraterestre? Ar trebui să fie modificate? Ar trebui să modificăm doar adulții sau să adaptăm în prealabil copiii? ? Se pot adapta copiii născuți în colonii extraterestre la viața de pe Pământ? Se pot reproduce oamenii chiar și în spațiu? Dacă ne decidem să terraformăm alte lumi, cu ce forme de viață vom însămânța aceste lumi? Putem modifica formele de viață terestre existente? Va trebui să creăm altele noi?

Cum se va adapta și va evolua cultura umană în mediile extraterestre?

Toate persoanele menționate mai sus, plus oameni fără o expertiză specială, vor fi chemate să înțeleagă de ce va fi nevoie pentru ca oamenii și alte forme de viață terestre să supraviețuiască, să prospere și să evolueze în noile medii din spațiu și de pe alte lumi.

În afară de problemele biomedicale, vor aduce oamenii valorile sociale și culturale existente cu ei pe măsură ce se răspândesc în univers? Ce fel de noi adaptări culturale vor fi făcute? În ce moment oamenii care trăiesc în afara Pământului se vor identifica mai mult cu casa lor actuală și mai puțin cu Pământul? Ar trebui să se facă planuri înainte de colonizarea altor lumi cu privire la modul în care aceste lumi se vor autoguverna sau ar trebui să lăsăm natura umană să-și urmeze cursul? Mediile de microgravitație vor modifica modul în care oamenii interacționează unii cu alții? Ce s-ar putea întâmpla pe o lume cu gravitație scăzută, unde oamenii ar putea concepe să-și pună aripi și să zboare? Cum se vor adapta oamenii la perioade lungi de călătorie în spațiu, care ar putea dura mai mult de o viață de om? Cum ar putea hibernarea să facă mai tolerabile zborurile spațiale lungi și ce se va întâmpla când oamenii se vor trezi în viitor? Dacă oamenii se vor împrăștia printre stele, vor rămâne în contact cu alte lumi sau vor rupe toate legăturile?

Ce se va întâmpla dacă vom întâlni o altă specie sensibilă?

De ce suntem atât de interesați să părăsim Pământul pentru a explora universul?

Oamenii fără pregătire științifică sau tehnică vor fi chemați să valideze faptul că o astfel de cercetare este de un real folos. Poate că beneficiul nu este imediat – dar ar trebui, totuși, să fie relevant.

Ce anume ne împinge să ne extindem și să explorăm dincolo de orizont? Este aceasta o caracteristică umană înnăscută sau una transmisă din generație în generație prin mijloace culturale?

Vă rugăm să urmăriți Astrobiologia pe Twitter.