Astrobiologin försöker förstå ursprunget till livets byggstenar, hur dessa biogena föreningar kombineras för att skapa liv, hur livet påverkar – och påverkas av – den miljö där det uppstod, och slutligen om och hur livet expanderar utanför sin ursprungsplanet.

Ingen av dessa frågor är på något sätt nya – men för första gången sedan de ställdes kan dessa frågor nu vara möjliga att besvara. Astrobiologin försöker tillhandahålla en filosofisk och programmatisk grund för att utforska livets plats i universum – på nivåer av inbördes relaterad komplexitet som sträcker sig från molekylär till galaktisk nivå.
I början skulle man kanske inte tro att ens expertområde skulle vara relevant för astrobiologin. Med tanke på astrobiologins kosmiska perspektiv skulle de kunna se sina intressen som något avlägsna från en sådan expansiv strävan. Om man dyker ner i även den mest ytliga beskrivningen av astrobiologi kommer man snart att se att det inte bara är ett stort antal vetenskapliga och tekniska discipliner som är inblandade, utan att skärningspunkterna mellan dessa discipliner ofta är nya.

Vid en viss tidpunkt har alla ett intresse av astrobiologi. Den utmaning som ligger framför oss är inte så mycket att formulera frågor som hur man kan kanalisera all relevant expertis till rätt uppgift för att besvara dessa frågor. Det krävs också att alla deltagare är villiga att ifrågasätta gamla antaganden och tänka ut nya sätt att göra saker och ting.

Som Albert Einstein en gång sa, ”universum är konstigare än vi kan föreställa oss”. Trots detta bör astrobiologer, beväpnade med detta förbehåll, aldrig sluta försöka föreställa sig hur universum fungerar – och inte heller skygga för att försöka förstå sin personliga plats mitt i dess prakt och mystik.

Du kan bli en astrobiolog helt enkelt genom att bestämma dig för att du är en.

Hur påverkar livet och den värld där det finns varandra över tid?

Oceanografer och klimatologer kommer att uppmanas att hjälpa till att förstå hur livet och den planet där det uppstått påverkar sammansättningen av planetens atmosfär. Det handlar om att förstå hur oceaner och atmosfärer bildas, hur de interagerar för att upprätthålla de förhållanden som är nödvändiga för livet, hur förändringar i atmosfär och hav kan förändra evolutionens gång och hur livsformernas aktivitet i sin tur kan förändra karaktären hos en planets atmosfär och dess oceaner.

Men jorden är bara en planet – och knappast representativ för alla världar i detta solsystem. Vad händer med livet på en planet (Mars) när oceanerna torkar ut (eller sjunker ner i marken) och det mesta av atmosfären flyter ut i rymden och resten fryser till is vid polerna? Kan samma livsskapande steg som på jorden inledas på en värld (Europa) där en tjock isskorpa har en vakuummiljö med hög strålning på ena sidan och ett flytande hav på den andra – en värld där den huvudsakliga energikällan inte kommer från en stjärna utan från tidvatteninteraktionerna med en gigantisk gasplanet?

På den omedelbara fronten: hur ser alla dessa interaktioner mellan luft, vatten och liv på jorden ut för det sätt på vilket vi omvandlar vår planet? Kan vi kontrollera processen i tid för att förhindra allvarliga konsekvenser? Har vi satt igång en process som annars skulle ske naturligt? Det vill säga, är den oundvikliga följden av att en planet främjar intelligent liv en förändring av dess biosfär? Om vi har lyckats förändra jordens biosfär på ett slumpmässigt och oplanerat sätt, skulle vi då kunna dra lärdom av detta okontrollerade experiment så att vi medvetet skulle kunna omvandla en ogästvänlig värld (terraforma den) till en värld som kan stödja liv?

Hur bedömer man en planets livshistoria?

Paleontologer, evolutionsbiologer och kanske till och med arkeologer kommer att uppmanas att hjälpa till att förstå tidigare liv på jorden i ett planetärt sammanhang – det vill säga, vilka lärdomar kan vi dra av att reda ut vårt eget förflutna för att vägleda oss när vi tar reda på vad som hände på andra planeter? Det är i detta sammanhang som planetariska geologer och astronomer kommer in i bilden. Vilka implikationer kan man dra av jordens fossilregister när det gäller tiden och hastigheten med vilken livet bildas i en planets historia? Uppstår komplexiteten i en konstant takt eller sker den i skov? Leder förändringar i planetariska miljöer till eller följer de på förändringsperioder? Påverkar händelser av externt ursprung, t.ex. stora kollisioner, en närliggande supernova eller stjärnvariationer, takten och karaktären hos livets utveckling? Uppstår livet så snart förhållandena tillåter det? Uppstår livet bara för att släckas av katastrofala händelser för att sedan uppstå igen? Är det möjligt att verkligen släcka livet när det väl har spridit sig över (och inom) en planet?

Kan vi förvänta oss att hitta fossiler på andra världar? Om så är fallet, var ska vi leta? Var Mars tidiga historia tillräckligt lik den jordiska för att bevis på liv ska kunna hittas lika lätt som på jorden? Kan planeter byta ut material som innehåller fossiler? Om så är fallet, vilka är konsekvenserna för utbytet av levande material mellan planeter? Om material utbyts, är detta ett sällsynt eller vanligt fenomen? Kan fossilregister på flera planeter användas för att kalibrera om/när sådana utbyten ägde rum och om främmande livsformer lyckades trivas?

Hur går man från enkel kemi till självreproducerande livsformer?

Organiska och oorganiska kemister, informationsteoretiker, genetiker och molekylärbiologer kommer att uppmanas att förstå hur självreproducerande system uppstod och hur de utvecklades till att inkludera informationskodning och metabolisk kontroll. Av intresse för astrobiologin är vilka icke-levande material och miljöer som deltog i uppkomsten av självreplikerande kemiska system. Vilka material krävdes? Kan vi återskapa dessa förhållanden i dag? Finns det alternativa system som skulle kunna uppstå från andra utgångsmaterial? Fanns det konkurrerande primordiala livssystem – och i så fall vann det ena över det andra eller smälte de samman till en enda biologi?

Det är också av intresse att förstå hur de tidigaste genetiska systemen såg ut, om det finns motsvarigheter på jorden i dag och om dagens organismer innehåller molekylära fossiler (dvs. gamla komponenter som bevarats under hela evolutionen) som kan ge en inblick i de tidiga genetiska systemen.

Liv i extrema miljöer – är det så livet började på jorden – och är det så vi kan förvänta oss att finna på andra världar?

Mikrobiologer, ekologer, oceanografer, organiska och oorganiska kemister och geologer kommer att uppmanas att förstå de extrema miljöer inom vilka liv kan existera på jorden. Liv har hittats flera kilometer under jordskorpan, i de djupaste delarna av havet, i frätande och kokande vatten, i kärnreaktorer, i Antarktis stenar och i giftiga avfallsområden. Livet anses nu ha uppstått på jorden under heta, fientliga förhållanden.

Som sådant, är de extrema förhållanden inom vilka jordiskt liv trivs vägledande för de miljöer inom vilka liv kan uppstå någon annanstans? Är dessa miljöer en indikation på de olika miljöer på andra världar där liv kan överleva? Visar de på de platser där vi kan hitta rester av ekosystem på världar som Mars som har genomgått extrema klimatförändringar? Industriella mikrobiologer och forskare inom läkemedelsområdet kan också bli involverade, eftersom ett antal enzymer som isolerats från extremofiler redan har kommit till betydande vetenskaplig och kommersiell användning.

Grosskaliga planetariska effekter: Ekosystemens förödelse och återhämtning.

Astronomer, planetariska geologer och paleontologer kommer att uppmanas att bedöma vilken effekt stora effekter har på livet på jorden. Ett tydligt spår av bombningar under solsystemets tidiga historia har hittats spridda över många planeter och månar. För flera år sedan såg vi hur en komet slog ner i Jupiter med en kraft som var många gånger större än vår planets samlade kärnvapenarsenal. På jorden är det tydligt att stora ekosystemförstörande nedslag har inträffat med viss regelbundenhet. Förklarar dessa nedslag någon av de vägar som tagits under livets utveckling på jorden? Är planetariska nedslag en ”naturlig” del av livets utveckling på en planet? Om så är fallet, påskyndar eller fördröjer hastigheten på nedslagen utvecklingen av nya livsformer? Utplånar frekventa nedslag under en planets ungdom livet en eller flera gånger innan det slutligen får fäste?

Ett stadigt, dagligt inflöde av meteoritmaterial, förmodade utomjordiska fossiler som hittats i Marsmeteoriten ALH84001 och nyligen genomförda analyser av kometers sammansättning bidrar till att öka intresset för den roll som utomjordiska material har haft för livets uppkomst på jorden. Är haven på jorden och Mars resultatet av kometnedslag? Vilken roll spelar detta ständiga inflöde av material i en planets ekosystem? Kan livskraftiga organismer överföras mellan planeter – dvs. måste vi överväga en ekologi där mer än en planets biota är inblandad? Kan små samlingar av biogena material koncentreras på annars abiotiska världar – t.ex. polerna på jordens måne? Om de material som slår mot jorden innehåller biogena föreningar, vad säger detta om möjligheten för liv att uppstå i kometer och andra små kroppar?

Planetärt skydd: att förhindra en oönskad interplanetär blandning av livsformer

Epidemiologer, mikrobiologer, etiker, rymdfarkostingenjörer och miljöhälsovårdspersonal kommer att uppmanas att utvärdera hur vi skyddar oss själva och vår planets biosfär från skadliga utomjordiska livsformer – samt vilka åtgärder vi vidtar för att vara säkra på att vi inte kontaminerar andra världar. Hur steriliserar vi rymdfarkoster för att förhindra att andra världar kontamineras av jordiska livsformer? Hur skickar vi tillbaka prover från andra världar på ett sätt som på ett adekvat sätt minskar risken för olyckor samtidigt som provets integritet bibehålls? Om livsformer från två olika planeter kommer i direkt kontakt med varandra, kommer detta möte att vara positivt eller negativt? Kan mikrober från en planet orsaka sjukdom hos en organism från en annan planet?

Är det möjligt att skicka människor till andra världar (t.ex. Mars) utan att kontaminera dessa världar? Kan rymddräkter utformas så att de inte kontaminerar en planets yta? Är förorening av planeter en oundviklig konsekvens av mänsklig utforskning? Om vi hittar en värld utan liv – vid vilken tidpunkt är vi tillräckligt säkra för att inte oroa oss för att kontaminera denna värld? – Liv har trots allt påträffats flera kilometer under jordens yta och liknande livsmiljöer skulle kunna undgå att upptäckas på andra världar? Om liv hittas på en annan värld, har det då en ”rätt” att existera utan jordisk kontaminering? Hur beslutar vi om det är säkert och etiskt acceptabelt att terraforma en planet?

Extrasolära planeter: att hitta dem och utvärdera deras biologiska potential

Astronomer, klimatologer och ekologer kommer att uppmanas att utforma en strategi för att lokalisera extrasolära planeter som kan främja utvecklingen av liv. Nya upptäckter tycks visa att planetbildning är ett vanligt fenomen i universum. Hittills har endast stora planeter av Jupiterklass upptäckts, men det är bara en tidsfråga innan mindre planeter av jordklass förväntas hittas.

Kan dessa planeter avbildas direkt? Vad letar vi efter när vi försöker fastställa var en planet stöder liv? Kan planetära fenomen som tyder på liv upptäckas på interstellära avstånd? Finns det aspekter av en planets atmosfäriska sammansättning som är vägledande för de obalanser som vi förväntar oss att livet ska upprätthålla? Finns det aspekter av isbelagda havsvärldar som Europa som kan upptäckas på avstånd? Kommer vi att leta efter beviskemikalier som skiljer sig från dem som jordbaserat liv använder? Kan vi avgöra vad den beboeliga zonen är för en stjärna? Kan planeter – och förutsättningarna för liv – uppstå i flera stjärnsystem?

Är det funktioner en teknisk kapplöpning lämnar som kan upptäckas över interstellära avstånd? Överlever dessa kännetecken sina skapare? Kommer vi att leta efter Dyson-sfärer eller andra sätt att utnyttja eller modifiera en stjärnas produktion? Kommer vi att leta efter stjärnsystem med mer än en beboelig värld, kanske terraformade planeter? Lämnar man spår efter sig när man färdas genom den interstellära rymden? (Kommer vissa gammastrålar faktiskt från rymdskepp?)

Är livet en naturlig följd av planetbildning?

Geologer, astronomer, kemister och klimatologer kommer att uppmanas att förstå hur planeter ackumuleras, hur de skiljer sig åt, hur de återvinner material och hur dessa faktorer kombineras för att skapa och upprätthålla en miljö som är gynnsam för livets uppkomst och fortbestånd.

Är stjärnornas födelseprocesser och bildandet av protoplanetära skivor gemensamma (och till sin natur liknande) fenomen? Det vill säga, ingår liknande material i bildandet av planeter i hela universum – och liknar vårt solsystem dessa andra solsystem? Om liv finns på andra världar än jorden, hur vanligt är det då i hela vårt solsystem? I hela universum? Om liv är vanligt i vårt solsystem, kan detta extrapoleras till andra solsystem – ja, till hela universum?

Söka efter – och kommunicera med – utomjordisk intelligens

Radio- och optiska astronomer, telekommunikationsleverantörer, kryptografer, lingvister, psykologer, etiker och journalister kommer att uppmanas att utforma och driva sökandet efter utomjordisk intelligens (SETI). Även om en kortsiktig amerikansk kongress avslutade det statliga stödet till detta arbete fortsätter det ändå. Den tekniska förmågan att söka efter och identifiera kandidatsignaler upplever en fördubblingseffekt på mindre än ett år.

Kan vi utforma strategier, som ger en adekvat kartläggning av himlen? Kommer vi att känna igen en artificiell signal när vi hittar en? Om vi känner igen signalen – kan vi avkoda den – och kommer vi att förstå den? Finns det något att lära för att kommunicera med icke-mänskliga arter som apor och valar? Kan vi fortsätta detta sökande på jorden eftersom källorna till radiostörningar ökar? Kommer vi att behöva flytta SETI till rymden eller kanske till den bortre sidan av jordens måne för att slippa störningar? Undersöker vi alla möjliga sätt som kommunikation kan ske över interstellära avstånd? Om vi får ett meddelande, bör vi svara? Om så är fallet, vem skriver meddelandet och hur skickar vi det?

Nervsystem: hur påverkade jorden deras utveckling – och hur kommer de att reagera på rymdmiljön?

Neurovetare och beteendevetare kommer att uppmanas att förstå hur livet utvecklar förmågan att utbyta information inom och mellan organismer – och hur dessa organismer får information från och återkopplar den till sin yttre miljö.

Vilka miljöstimuli ledde till att nervsystemen utvecklades? Vilken roll spelar ett gravitationsfält för utvecklingen och organiseringen av en organisms nervsystem? Kan detta nervsystem utvecklas normalt i miljöer med förändrad gravitation? Kan nervsystemet hos en individ som vuxit upp i mikrogravitation fullt ut anpassa sig till livet i en 1G-miljö? Hur känner en organism som föds upp i mikrogravitation läge och riktning? Kan nervsystem utvecklas med förmågan att fånga upp – och skapa – typer av energi som för närvarande inte förekommer i jordiska livsformer – t.ex. radio, mikrovågor, magnetiska och röntgenstrålar?

Muskler och ben: Vad händer när de viktbärande strukturerna inte längre har någon vikt att bära?

Benen, musklerna och träningsfysiologer, utvecklingsbiologer, komparativa anatomiker, neurofysiologer, kinesiologer och rehabiliteringsterapeuter kommer att uppmanas att förstå hur livet utvecklar interna arkitektoniska stödsystem, hur dessa system artikuleras för att möjliggöra rörelser och vilken roll gravitationen spelar i utvecklingen, utvecklingen, driften och underhållet av dessa system. Muskuloskeletala system fungerar som stöd för organismerna mot gravitationens dragningskraft och för att möjliggöra rörelse inom ett gravitationsfält. Skelettsystemen använder vanliga mineraler för att bilda arkitekturer som ständigt anpassar sig och återanpassar sig till användningsmönster och krafter. Muskelkontrollen kan inbegripa komplexa neurala mekanismer som finslipas genom erfarenhet när en organism reagerar på sin omgivning. Ändå är dessa stödjande arkitekturer och rörelsemönster resultatet av miljarder års utveckling inom ramen för de krafter som ett gravitationsfält medför. Att ta bort gravitationen innebär operativa utmaningar som dessa system aldrig har behövt reagera på.

Har skelettsystemen utvecklats för att utnyttja de material som finns till hands eller finns det en evolutionär preferens för ett material jämfört med ett annat? Utvecklas muskuloskeletala system normalt i avsaknad av ett gravitationsfält? Utvecklas dessa system tillräckligt för att en organism skall kunna leva sitt liv i mikrogravitation? Kan muskuloskeletala system hos organismer som fötts upp i mikrogravitation fungera normalt när de utsätts för normal gravitation? Hur reagerar dessa system på gravitationsfält som är större än jordens? Utvecklar livsformer på andra planeter strukturer och rörelseformer som liknar jordiska organismer eller finns det andra möjliga lösningar? Är flygning vanligare på världar med lägre gravitation än jordens och mindre vanligt på världar där gravitationen är större än jordens?

Hur bildas, distribueras och återvinns livets råvaror i universum?

Astronomer och astrofysiker kommer att behöva förstå hur stjärnor producerar de grundämnen som krävs för liv, hur dessa material organiseras i planetsystem, hur dessa material bearbetas under planetsystemens utveckling och hur de återvinns när värdstjärnan går in i en supernova eller går förlorade när värdstjärnan bleknar och dör.
Insisterar det en galaktisk ekologi där biogena material produceras och återvinns av stjärnor? Hur vanligt förekommande är så kallade ”organiska föreningar” i hela universum? Finns det andra föreningar som kan tyda på liv? Hur organiseras och koncentreras dessa material så att liv kan bildas? Finns det regioner i vår galax där det är mer (eller mindre) sannolikt att det finns biogena prekursorer? Är planeter och månar de enda platser där liv eller dess omedelbara föregångare kan bildas?

Vad är den minsta, mest grundläggande nivå där livet uppfattar och reagerar på gravitation?

Cellfysiologer och fysiker kommer att uppmanas att fastställa den minsta nivå av biologisk organisering där gravitation (eller avsaknad av gravitation) kan uppfattas, omvandlas och reageras på. Gravitationen är den enda miljöfaktor vars närvaro och styrka har varit konstant under hela livets tid på jorden. Gravitationen är också den enda miljöfaktor vars närvaro inte kan avlägsnas (för mer än några sekunder) på eller nära jordens yta. Livet har därför aldrig placerats i en situation där gravitationen inte var närvarande.
Har det utvecklats biologiska processer som är beroende av gravitationens närvaro? Finns det biologiska processer som är okänsliga för gravitationens närvaro eller frånvaro? Finns det en tröskelnivå för gravitation vid vilken sensoriska mekanismer reagerar på gravitation? På vilken eller vilka organisationsnivåer kan livsformerna upptäcka gravitationens närvaro och riktning? Svarar biologiska fenomen som är beroende av gravitationen på andra krafter i miljön? Utvecklas gravitationssensoriska mekanismer hos organismer som uppfostrats i avsaknad av gravitation? Fungerar de sensoriska förmågorna hos mikrogravitationsuppfödda organismer normalt när de utsätts för gravitation? Vilket är det maximala gravitationsfält inom vilket liv kan utvecklas?

Vad krävs för att jordiskt liv skall kunna överleva och anpassa sig till miljöer i rymden och på andra planeter?

Rymdfarkostingenjörer, livsuppehållande ingenjörer, forskare inom mänskliga faktorer, evolutionsbiologer, ekologer, läkare, miljötoxikologer och psykologer kommer att uppmanas att förstå vad som krävs för att försörja människor och andra terraniska livsformer i utomjordiska miljöer – i rymden och på planetariska ytor.
Vilka slags motåtgärder kommer vi att behöva utveckla för att hantera de försvagande effekterna av mikrogravitation och rymdstrålning? Kan människor och andra livsformer återanpassa sig till livet på jorden efter att ha anpassat sig till livet i mikrogravitation eller i de lägre gravitationsfälten på månen och Mars? Kan livsformer modifieras för att bättre fungera i utomjordiska miljöer? Bör de modifieras? Bör vi modifiera endast vuxna eller anpassa barn i förväg? ? Kan barn som föds i utomjordiska kolonier anpassa sig till livet på jorden? Kan människor ens reproducera sig i rymden? Om vi bestämmer oss för att terraforma andra världar, vilka former av liv ska vi sålla dessa världar med? Kan vi modifiera befintliga jordiska livsformer? Måste vi skapa nya?

Hur kommer den mänskliga kulturen att anpassa sig och utvecklas i utomjordiska miljöer?

Alla ovan nämnda personer, plus personer utan särskild sakkunskap, kommer att uppmanas att förstå vad som krävs för att människor och andra jordiska livsformer ska kunna överleva, frodas och utvecklas i nya miljöer i rymden och i andra världar.

Ovanpå de biomedicinska frågorna, kommer människorna att ta med sig existerande sociala och kulturella värderingar när de sprider sig över universum? Vilka nya kulturella anpassningar kommer de att göra? Vid vilken tidpunkt kommer människor som lever utanför jorden att identifiera sig mer med sitt nuvarande hem och mindre med jorden? Bör man innan man bosätter sig i andra världar göra upp planer för hur dessa världar kommer att bli självstyrande eller bör vi bara låta den mänskliga naturen ha sin gång? Kommer mikrogravitationsmiljöer att förändra människors sätt att interagera med varandra? Vad skulle kunna hända i en värld med låg gravitation där människor skulle kunna tänka sig att ta på sig vingar och flyga? Hur kommer människor att anpassa sig till långa perioder av rymdresor – som kanske kan ta mer än ett människoliv att genomföra? Hur kan vinterdvala göra långa rymdresor mer uthärdliga och vad händer när människor vaknar upp i framtiden? Om människorna sprider sig över stjärnorna kommer de att hålla kontakten med andra världar eller bryta alla band?

Vad händer om vi möter en annan kännande art?

Varför är vi så intresserade av att lämna jorden för att utforska universum?

Personer som inte har någon vetenskaplig eller teknisk utbildning kommer att uppmanas att bekräfta att sådan forskning är av verklig nytta. Nyttan kanske inte är omedelbar – men den bör ändå vara relevant.

Vad är det som driver oss att expandera och utforska bortom horisonten? Är detta en medfödd mänsklig egenskap eller en egenskap som förs vidare från generation till generation genom kulturella medel?

Följ Astrobiology på Twitter.