آيا درست به دنبال حيات مي گرديم؟
نويسنده: دنيل پنديک
ترجمه: شادي حامدي آزاد
ترجمه: شادي حامدي آزاد
سال هاست که اختر زيست شناسان در کرات ديگر با «دنبال کردن آب» به جست و جوي حيات مي پردازند. اما آيا ممکن است ماده اي ديگرکليد حيات فرازميني باشد؟
کشف حيات فرازميني بي شک يکي از هيجان انگيزترين کشف هاي علمي در طول تاريخ بشر خواهد بود. اما جست و جو و نيافتن حيات، درجايي که وجود دارد، اشتباهي لپي در مقياس کيهاني است.
به گفته ي جان بارُس، زيست شناس و اقيانوس شناس دانشگاه واشنگتن در سياتل، «هيچ چيز در کاوش هاي فضايي غم انگيزتر از اين نيست که با حيات بيگانه مواجه شويم و فقط به سبب کمبود لوازم مناسب يا نداشتن آمادگي علمي آن را نشناسيم». آقاي بارُس مدير گروه 10 نفره اي بود که در سال 2007/1386 گزارشي تأثير گذار درباره ي جست و جوي حيات منتشر کردند.
ناسا گزارش آکادمي ملي علوم آمريکا را از نظر مالي حمايت کرد تا شيوه ي جست و جوي امروز ما و پيشنهاد هر گونه تغييري براي آينده را ارزيابي کنند. سندي با عنوان «محدوديت هاي حيات آلي در منظومه هاي سياره اي» همين حالا هم بر نحوه ي تفکر برنامه ريزان ماموريت ها درباره ي آزمايش هاي زيستي در کاوشگري هاي فضايي آينده اثر مي گذارد.
شايد مهم تر از همه اين باشد که گزارش بارُس به دانشمندان علوم سياره اي کمک کرد بيشتر درباره ي شکلي از حيات فکر کنند که آن را نمي شناسيم بر خلاف حياتي که اينجا روي زمين مي بينيم. به گفته ي مايکل مِيِر، دانشمند ارشد برنامه ي کاوش ناسا در مريخ، «اين نکته هشداري مفيد براي جامعه ي علمي بود.»
شايد مهم ترين تاثيرات اين گزارش در دهه هاي بعد حس شوند، زماني که دانشمندان ابزارهايي جديد را براي جست و جوي موجودات زنده ي فرازميني پيشنهاد و طراحي کنند و آخر اينکه اختر زيست شناسان بايد خودشان را براي جست وجو - و البته يافتن - حيات «عجيب و غريب» آماده کنند.
بارُس چنين توضيح مي دهد: «وقتي در منظومه ي شمسي حيات را جست و جو مي کنيم مهم است که بدانيم به دنبال چه بايد بگرديم. تا به حال جست و جوي ما بر حيات زميني متمرکز بوده زيرا اين تمام چيزي است که مي شناسيم. اما حياتي که جايي ديگر شکل گرفته ممکن است در مقايسه با حيات زميني قابل شناسايي نباشد.»
چالش اساسي در جست و جوي حيات بيگانه اين است که نمي دانيم به دنبال چه چيز مي گرديم. هر چه باشد هيچ کس - يا دست کم کسي که ديگران باورش کنند! هنوز يک ميکروب فرازميني را هم نديده است. به اين ترتيب دانشمندان مايل اند حيات فرازميني را بر اساس نوع زميني آن تصور کنند و تخيلات علمي درباره ي احتمالات ديگر بسيار کاهش مي يابد.
بياييد به اين صورت به قضيه نگاه کنيم: دنيايي را فرض کنيد که در آن معماران خانه ها را به جاي شکل مکعب به شکل گنبدهاي ژئودزيک بسازند. گنبد ژئودزيک کره اي است که از صفحات مثلث شکل به هم قفل شونده ساخته مي شود. مي توانيد آن ها را بزرگ يا کوچک بسازيد. آن ها سبک وزن، مستحکم، وجادار هستند.
به سرعت 2000 سال به جلو برويم. گنبدهاي ژئودزيک دنيا را فرش کرده اند. اجازه دهيد فرض کنيم کسي هم در اين دنيا تلسکوپي اختراع کرده که با آن مي توان اشيايي به اندازه ي خانه را روي ديگر سيارات تشخيص داد. دانشمندان در اين باره بحث مي کنند که ساختمان هاي بيگانه در سيارات ديگر چه شکلي خواهند داشت. فرقي ندارد که چقدر سخت تلاش کنند، آن ها فقط مي توانند انواع گنبدهاي ژئودزيک را تصور کنند.
جست و جوي حيات فرازميني هم چنين است. تا همين اواخر شيوه ي کار اين بود که «حيات» را با استانداردهاي زميني تعريف کنيم و سپس به دنبال علائمي از چنين ساختار يا فرايند زيستي در جاهاي ديگر بگرديم.
دنياي مرطوب
آنچه موجب اين رويکرد ناسا، يعني «دنبال کردن آب» در مريخ، شده همين دانش ما از اين است که آبِ مايع لازمه ي اصلي براي حيات زميني است. زيست شناسان تا کنون نتوانسته اند حتي يک موجود را بيابند که بدون آب زنده بماند.
معلوم شده است که مخلوقات زميني فقط زماني مي توانند روي مواد شيميايي عمل سوخت و ساز را به خوبي انجام دهند که اين مواد در آب حل شوند. بنابراين، آب روي زمين حلال حيات است. آب نباشد، حياتي که مي شناسيم وجود نخواهد داشت.
اين ارتباط بين آب و حيات روي زمين، جست و جوي حيات روي مريخ را منحصر به مکان هايي کرده که شايد امروز مرطوب باشند (يا در گذشته بوده باشند). در واقع، اين اصل آنقدر قوي است که ممکن است دانشمندان در جايي آب ببينند که وجود ندارد.
در آذر 1385/ دسامبر 2006، ناسا تصويري را منتشر کرد. از فضاپيماي کاوشگر سراسر مريخ (MGS) که اخيراً از کار افتاد. در اين تصوير رگه هاي درخشاني بر يک ديواره ي دهانه هاي بي نام در منطقه کوهستان هاي قنطورس سياره ي سرخ ديده مي شد. مايکل ميلين و همکارانش، از شرکت سامانه هاي علوم فضايي ميلين، نتيجه گرفتند که اين رگه ها پس از سال 1999/1378 و زماني شکل گرفته اند که فوراني از آب مايع روي اين شيب راه آب هايي را شکل داده است.
جان پلتيه و همکارانش، از دانشگاه آريزونا، به کمک تصاوير مدارگرد شناسايي مريخ (MRO) اين يافته ي ارزشمند را دنبال کردند. دوربين تفکيک - بالاي فضاپيماي MRO مي تواند با تصويربرداري از يک مکان از زواياي مختلف تصاوير سه بعُدي توليد کند.
وقتي کامپيوتري اين داده ها را پردازش کرد دانشمندان توانستند نقشه هاي مفصل توپوگرافي (برجسته نگاري) از سطح مريخ تهيه کنند. گروه پلتيه اين نقشه را با شبيه سازي هاي کامپيوتري ترکيب کردند و به اين نتيجه رسيدند که رگه ها در کوه هاي قنطورس به احتمال بسيار حاصل حرکت مواد خشک و دانه دانه - مانند بهمن - بر سراشيبي ماسه اي بوده است. البته هنوز هم نمي توانند احتمال جاري شدن توده اي گل آلود، متشکل از 50 تا 60 درصد ترکيب آب - خاک، را در آن جا رد کنند.
حلاّل هاي ديگر
به طور نظري، واکنش هاي بيوشيميايي ممکن است در حلال هاي ديگري بجز آب نيز رخ دهند؛ مثلاً آمونياک و متان مايع بر سطح تيتان. برخي دانشمندان به احتمالات بسيار عجيب تري انديشيده اند؛ مانند حيات در نيتروژن مايع بر سطح تريتون، قمر نپتون، يا در ترکيب اَبَرسرد هيدروژن و هليوم، مانند ساختار سيارات غول پيکر مانند مشتري.
احتمال فرضي وجود حيات در حلال هاي جايگزين علتي شد تا گروه بارُس به ناسا پيشنهاد دهند که ماموريتي ديگر را به تيتان - با آن درياچه هاي مايع و غبار پيچيده ي هيدروکربنش - در اولويت قرار دهد. حلال ديگري که دانمشندان آن را ميزبان حيات تصور مي کنند، فرم آميد يا متان آميد است؛ ماده اي شيميايي از نوع آميدها و مشتق شده از اسيد فرميک که در صنعت استفاده مي شود و بسياري از مواد را در خود حل مي کند که در آب حل نمي شوند.
يکي ديگر از حلال هاي ظاهراً نامأنوس جايگزين آب، که اخترزيست شناسان در نظر دارند، اسيد هيدروکلريک است (که جابربن حيّان کاشف آن بوده). اين اسيد در صورت ترکيب با آب مي تواند صورت شما را کاملاً از بين ببرد. اما به تنهايي زياد خورنده نيست و مي تواند سازنده ي بنيان هاي زيست شيمي پشتيبان حيات باشد.
فرازميني رونوشتي؟
دقيق تر بخواهيم، بايد بگوييم: حيات روي زمين «کهان - بنياد» است! شيمي آلي - جهاني از واکنش ها که نيروي محرک حيات است - شامل مولکول هاي پيچيده ي شکل گرفته از کربن، هيدروژن، اکسيژن و نيتروژن است. فسفر و گوگرد نيز نقش مهمي در واکنش هاي آلي دارند.
آن قاشق چايخوري شکري که در چاي صبح تان مي ريزيد شامل ساکروز است؛ نوعي هيدروکربن که مولکول هاي آن شامل آرايشي از 12 اتم کربن، 22 اتم هيدروژن، و 11 اتم اکسيژن هستند و به زبان شيمي آن را چنين مي نويسيم: C12H22O11
گلوکز هم نوعي قند است که سلول هاي بدن شما به عنوان سوخت مي سوزانند. مولکول هاي آن شامل شش اتم کربن، 12 اتم هيدروژن، و 6 اتم اکسيژن هستند (C6H12O6). بدن شما با سوخت و ساز غذا را به گلوکز تبديل مي کند و سپس آن را وارد جريان خون مي کند تا سلول ها از اين قند انرژي بگيرند.
هر کجاي زمين را که نگاه کنيد مولکول هاي آلي را خواهيد ديد که شامل کربن اند. و در جست و جوي حيات نيز دانشمندان معمولاً فرض مي کنند که حيات بايد کربن - بنياد باشد. البته اين نتيجه گيري بي تفکر نيست. مير مي گويد: «کربن براي حيات مهم است.» وقتي اخترشناسان با استفاده از تلسکوپ هاي راديويي به تجسس در ماده ي ميان ستاره اي مي پردازند به گفته ي او، «هر مولکول پيچيده اي که کشف مي کنند شامل کربن است.» شهاب سنگ هاي کندريتي کربن دار پُر از مواد کربني، ازجمله اسيدهاي آمينه، يعني اساس ساختمان پروتئين هستند.
اما نکته ي مهم تري که مير اشاره مي کند جست و جو به دنبال مولکول هاي پيچيده از همان نوعي است که در واکنش هاي بيوشيميايي روي زمين شرکت مي کنند. يکي از فراوان ترين چنين مولکول هايي روي زمين کلروفيل يا سبزينه است؛ ماده ي سبزرنگ درون گياهان که نور خورشيد و آب را به هيدروکربن ها و گاز دي اکسيد کربن تبديل مي کند. فرمول شيميايي کلروفيل، معمول ترين حالت آن، چنين است: C55H72O5N4Mg. اين ملوکول حاوي همان «کهان» معروف به اضافه ي منيزيم است.
سنگ بناهاي ديگر
سيليسيوم اتمي است که معمولاً داراي نقشي بالقوه در حيات تصور مي شود. همه ي اين ها به بنيان هايي مانند دما مربوط مي شود. مولکول هاي کربن - بنياد نمي توانند در دماهايي بالاتر از 54 درجه ي سانتي گراد واکنشي انجام دهند. در واقع، آن ها به سادگي از هم مي پاشند.
برعکس، در دماهاي زير 123- درجه ي سانتي گراد و واکنش هاي شيميايي معمول روي زمين به کندي رخ مي دهند يا اصلاً رخ نمي دهند زيرا انرژي کافي براي ايجاد پيوندهاي شيميايي وجود ندارد. و اين دماها در نواحي خارجي منظومه ي شمسي حاکم اند. بر قمر زحل، تيتان، حلّالي مايع (متان) و مولکول هاي آلي وجود دارند، اما احتمالاً حيات کربني نمي تواند دوام آورد.
سيليسيوم با مشکل دماي پايين کنار مي آيد. استيون بِنِر، شيمي دان آلي، شرح مي دهد که اتم هاي سيليسيوم در دماهاي پايين نيز پيوندهايي را شکل مي دهند و زنجيره هايي از 30 اتم مي سازند. بنر، که عضو بنياد تحولات ملوکولي کاربردي در دانشگاه فلوريداست، در گروه بارُس هم مشارکت دارد.
سيليسيوم مي تواند با اکسيژن پيوند شيميايي دهد و مواد واکنش پذيري بسازد که، در نظريه، مي توانند مولکول هاي بزرگ تري را شکل دهند برخي از دانشمندان بر اين تصورند که حيات مي تواند در خاک رُس، که شامل مولکول هاي سيليسيوم و اکسيژن است، وجود داشته باشد. اگر چنين باشد اين ماده يک ماده ي معدني زنده است. (و بنابراين، اگر آب را هم ماده ي معدني بدانيد، ما هم چنين هستيم.)
به گفته ي بِنِر، تا زماني که بتوانيم به جست و جوي زيست شيمي هاي خارق العاده بگرديم کارهاي بسياري بايد انجام دهيم. اوديگر دانمشندان را ديده که پس از بررسي ها واکنش هاي شيميايي عجيبي خلق کرده اند که مي توانند اساس سوخت و ساز (متابوليسم) را بر کرات ديگر شکل بدهند. اما آيا آن ها واقعاً عمل مي کنند؟
دي اِن اِي متفاوت
چهار نوع مختلف «باز» يا نوکلئوتيد، پله هاي ساختار نردباني و پيچ و تاب خورده ي مولکول دي ان اي را مي سازند. اين پله ها به ستون فقرات مارپيچي ملکول هاي فسفر - بنياد متصل مي شوند.
دي اِن اِي اطلاعات را ذخيره مي کند؛ اطلاعاتي مانند اينکه پروتئين هاي سازنده ي بدن ما چطور ساخته مي شوند. گوناگوني طبيعي ژنتيکي - يعني تغييرات تصادفي در برنامه ريزي ژنتيکي - شکل و عملکرد موجودات زنده را تغيير مي دهد. برخي از اين سرهم بندي ها گونه هايي مي سازند که بهتر عمل مي کنند و برخي خير.
اين تغييرات ممکن است سازگاري پذير باشند: آن ها به موجود زنده امکان مي دهند که بهتر از موقعيت محيطي خود استفاده و رشد کند. ويژگي هاي سازگاري پذير پايدارند. آن ها از طريق توليد مثل به نسل بعدي منتقل مي شوند. گونه هاي ناموفق از درخت حيات هَرَس مي شوند و اين را انقراض مي ناميم.
تکامل دارويني به صورتي مرتب تنوع بي نظير حيات، تاريخچه ي فسيل ها، ارتباط بين موجودات زنده ي مختلف، و هر آنچه را که در طبيعت مي بينيم شرح مي دهد. اما ممکن است در مورد گونه هاي «عجيب» حيات زميني، تکامل دارويني شکل ديگر به خود بگيرد.
يکي اينکه، موجود زنده ممکن است معادلي براي دي اِن اِي، اما نسخه اي با شش باز يا بيشتر، داشته باشد. ممکن است شبيه نردباني پيچ خورده نباشد. احتمالات بسياري براي سامانه هاي ژنتيکي جايگزين وجود دارد. گروه بِنِر، همچون ديگر دانشمندان، بازهاي دي ان اي جايگزين را تفسير و تعبير کردند.
اما موضوع فراتر از اين هاست. روي زمين، همه ي پروتئين ها از 20 ملوکول متفاوت به نام اسيدهاي آمينه تشکيل شده اند. آن ها زنجيرهايي شکل مي دهند و به صورت شکل هايي پيچيده روي هم تا مي شوند. محاسبات بِنِر نشان مي دهد که بر طبق قوانين شيمي تا 256 نوع مختلف اسيد آمينه ممکن است شکل بگيرد. در گزارش بارُس پيشنهاد شده که مأموريت هاي آينده طوري طراحي شوند که براي آشکارسازي اسيدهاي نوکلئيک پيش بيني نشده و عجيب و مولکول هاي دي اِن اِي- مانند آمادگي داشته باشند.
نسخه برداري از داروين
موضوع حيات عجيب و غريب است: پلاسميدها بسته هاي حلقه شکل از ماده ي ژنتيکي يا ژنوم در باکتري ها هستند که مستقل از دي اِن اِي باکتري وجود دارند. باکتري ها از پلاسميدها براي فرايندي به نام انتقال افقي ژن استفاده مي کنند؛ فرايندي در تضادّ با نقش عادي و معمول دي اِن اِي در انتخاب طبيعي داروين.
مثلاً، وقتي يک باکتري نسبت به اثر آنتي بيوتيکي خاص مقاوم مي شود مي تواند اين مهارت مفيد بقا را، با انتقال يک پلاسميد، مستقيم به يک باکتري ديگر منتقل کند. اين «ژن هاي جهنده» علت اين امرند که چرا ميکروب هاي مقاوم به دارو فراوان تر مي شوند.
خانم کليلاند بر اين نکته تأکيد دارد که وقتي به دنبال حيات مي گرديم، آزمايش تورنسل ما نبايد اين باشد که آيا اين موجود زنده، به مفهوم سخت دارويني اش، با محيطش سازگار شده يا خير. بحث متقاعد کننده ي او با گروه بارُس و کلاً اختر زيست شناسان اين است که، «تکامل دارويني» ويژگي تمام انواع شناخته شده ي حيات زميني است اما لزوماً بخشي از تعريف حيات به طور کلي نيست. تکامل دارويني به ما نمي گويد که موجودات زنده را کلاً چطور تشخيص دهيم و نمي توانيم اين احتمال را ناديده بگيريم که مثلاً ميکروب هاي فرازميني ممکن است به سازوکارهاي ديگري تحول يابند.
تکامل دارويني چيزي است که انواع حيات زميني را شکل داده است. شواهد اين امر هم بسيار فراوان اند. اما روي مريخ يا هر جاي ديگر، کسي چه مي داند؟ ممکن است موجودات ميکروبي بيگانه راهي جديد براي تغيير در پاسخ به شرايط محيطشان پيدا کرده باشند. آن ها ممکن است به نسخه هاي همانندي تکثير شوند که هر کدام ويژگي هاي سلول اصلي را داراست بدون اينکه يک مولکول ژن - مانند را تغيير داده باشند.
بازي حيات
چنين نظريه اي همچنين به يافتن حياتي روي زمين کمک مي کند که از قوانين معمول تبعيت نمي کند. اين ها ممکن است موجوداتي باشند که از سرچشمه اي متفاوت از حيات نشأت گرفتند اما سرانجام بر سياره ي ما حاکم نشدند. ممکن است زير درياچه هاي آتشفشاني اعماق درياها يا در اعماق زمين پنهان شده باشند. با بررسي و مطالعه ي حياتي که نمي شناسيم به واقع مي توانيم حيات آشنايمان را هم درک کنيم؛ و همچنين حيات را در مقام پديده اي کيهان شناختي.
کليلاند اين را با توسعه ي نظريه ي جهاني گرانش نيوتون مقايسه مي کند. اگر نيوتون صرفاً به اشيايي مي انديشيد که مستقيم به سوي پايين سقوط مي کنند - مانند همان سيب مشهوري که از درخت مي افتد - شايد هرگز به ايده هاي درخشان خود نمي رسيد. اما وقتي ديگر پديده ها، مانند گوي هايي که از صفحات شيب دار پايين مي غلتند و گلوله هاي توپخانه که قوس هاي سَهمَوي کاملي را در آسمان طي مي کنند، را بررسي کرد دريافت که همه ي آن ها از قانوني يکسان پيروي مي کنند.
به اين ترتيب بود که کتاب اصول رياضي فلسفه ي طبيعي يا همان اصول معروفش را نگاشت و در آن به شرح رياضيات پشت سرِ گرانش پرداخت. همين به ما امکان مي دهد که گلوله هاي خمپاره انداز را درست هدف گيري کنيم يا فضاپيماها را تا ميلياردها کيلومتر دورتر هدايت کنيم.
کليلاند نوعي اصول حيات را مي جويد؛ نظريه اي که به شرح اصول بنيادين حيات بپردازد و بتواند نوع حيات قادر به تکوين را در هر شرايط خاص فرض شده پيش بيني کند. اين نظريه، سرانجام، به ما امکان مي دهد که فضاپيماهايمان را براي جست و جوي حيات برنامه ريزي کنيم، بدون اينکه لازم باشد گروهي از زيست شيمي دان ها را هم با آن بفرستيم!
گام بعدي
جاهاي ديگر در منظومه ي شمسي، فعلاً دانشمندان بايد تصميم بگيرند که کجا و کِي. اما گزارش بارُس در ميان دانشمندان علوم سياره اي و اخترزيست شناساني، که به انجام ماموريت هاي آينده در فراتر از مريخ فکر مي کردند، انعکاس هايي داشت.
گروهي از اختر زيست شناسان پيشنهاد جديدي را براي مأموريتي به تيتان، تا حدودي به دنبال حيات، آماده کردند. بِنِر به توسعه ي آن کمک مي کند به گفته ي او، «من حالا با اين پيشنهاد کمي درباره ي گمانه زني هاي خودم انعطاف پذيرتر مي شوم، زيرا بايد گام بعدي را برداريم.»
کرول کليلاند و ديگر اعضاي گروه بارُس اميدوارند کارشان در زمان جست و جو به دنبال حيات وراي زمين باعث شود که دانشمندان تا حدّ ممکن باز فکر کنند. کليلاند، به ويژه، با اين فکر که تعريفي مشخص از حيات براي چنين مأموريت هايي ارائه شود مخالفت کرد. چنين تعريفي بيش از اينکه جست و جو را تقويت کند آن را محدود مي کند.
اما چطور مي توان بدون مشخص کردن معيارهاي جست و جو به دنبال حيات فرازميني گشت؟ پيشنهاد کليلاند جست و جو به دنبال ويژگيهاي عجيب و غريب و هر چيز عجيب در محيط است؛ الگوهايي بر سطح، لايه هايي در سنگ ها، تمرکز مواد شيميايي و هر چيزي که ممکن است حاصل يک فعاليت زيستي باشد.
هر چند که جست و جوي کليلاند بر اساس معياري براي حيات روي زمين خواهد بود، اما با اين نظر بنيادين او درباره ي تفکرِ باز مغايرتي ندارد. به گفته ي او: «واضح است که بايد اساس جست و جو به دنبال حيات را حيات آشناي زميني قرار دهيم. اين تنها نمونه ي در اختيار ماست. آنچه نمي خواهيم اين است که اين نوع حيات چشم ما را بر ديگر احتمالات ببندد.»
در آينده يک چيز محتمل است: جست و جوي حيات در منظومه ي شمسي نه تنها احتمالاً ما را با حياتي مواجه مي کند که اکنون نمي شناسيم بلکه بي شک حياتي را نيز خواهيم يافت که درتصورمان هم نمي گنجد.
منبع: نجوم، شماره 191
