Życie na Marsie – trzy opcje obosieczne

Moje refleksje dotyczące życia na Marsie zapoczątkowało częste w astrobiologii twierdzenie o tym, że życie, kiedy już zaistnieje, jest bardzo trwałe i potrafi znosić ciężkie warunki, przetrwać trudne okresy i ewoluować mimo przeciwności losu (choć w zasadzie określenie „mimo” jest tu paradoksalne, bo to właśnie przeciwności losu powodują, że życie w ogóle ewoluuje). Często pojawiają się też powołania na Marsa w kontekście rozważań Równania Drake’a i Paradoksu Fermiego, że skoro mamy tuż obok siebie planetę, na której istnieją spore szanse, że kiedyś istniało na niej życie, a może nawet pod gruntem nadal ono istnieje, to należy założyć, że życie nie jest tak trudne do zainicjowania, a stąd że pod Równanie Drake’a zasadniej jest podstawić bardziej optymistyczne wartości. W kontekście Równania oznacza to oczywiście wzrost prawdopodobieństwa występowania we Wszechświecie i w naszej galaktyce inteligentnych cywilizacji.

Oczywiście nie można powiedzieć jako pewnik, że jest to założenie błędne. Większa szansa jest na to, że jest ono poprawne. Jest to naszą daną na podstawie badań ziemskiego życia. Jako że znamy tylko jedną planetę z życiem, ten wniosek wynika ze zbadania jak dotąd wszelkiego życia, jakie jest nam dostępne, a na tej planecie życie zachowuje się w taki właśnie sposób, tj. dobrze sobie radzi. W notce „Paradoks Fermiego – ludzka tęsknota za obcym” podałem jak przedstawiają się pewne wnioski, gdy podchodzimy do danych nakładając na nie możliwie najmniej interpretacji i założeń. Przyznaję, że założenie o tym, że życie jest trwałe, ma większą szansę być poprawnym.

Ale nie możemy też zignorować faktu, że dane jakimi dysponujemy nie są w niczym rozstrzygające. W pewnym sensie są one bowiem tylko jedną daną na cały Wszechświat. Jedyny w pełni poprawny wniosek, jaki możemy wyciągnąć z badań dotyczących życia to ten, że na Ziemi życie dobrze sobie radzi. Generalny wniosek o życiu, że życie dobrze sobie radzi w ogóle, ma charakter pewnego przeszacowania. Mamy po prostu za mało danych, aby móc coś zasadnie na ten temat powiedzieć.

Oczywiście bardzo znaczące byłoby dla tego typu spekulacji, gdybyśmy choć na jednym innym globie odkryli życie, niepochodzące z Ziemi, które jest trwałe względem otaczającego je środowiska. Wniosek ten zostałby wtedy gruntownie wzmocniony. Tylko że właśnie tu jest pewien problem. Jak na razie poza Ziemią niewiele wskazuje na to, że życie miałoby być trwałe.

Oczywiście nadal nie potrafimy odpowiedzieć na pytanie, czy na tych globach w Układzie Słonecznym, które są najbardziej obiecujące w temacie powstania życia, to życie w ogóle powstało. Takim ciałem jest oczywiście Mars, ale także księżyc Jowisza Europa i księżyc Saturna Enceladus. Przypomnijmy, że Europa i Enceladus mają powierzchnię skrytą wielokilometrową warstwą lodu wodnego, pod którym skrywają płynny ocean. W przypadku Enceladusa udowodniona została aktywność hydrotermalna na dnie oceanu, woda w tych zbiornikach więc przynajmniej miejscowo zawiera wysoką temperaturę, a wysoka temperatura wzmaga chemiczną syntezę cząsteczek. Są to warunki analogiczne do tych, w jakich najprawdopodobniej na Ziemi powstało życie, choć oczywiście między Ziemią a Enceladusem istnieją też pod tym względem istotne różnice. Ziemia nie jest skryta pod skorupą lodową i otrzymuje o wiele więcej energii słonecznej, co czyni ją na całej przestrzeni możliwą do życia, do Enceladusa zaś dociera tej energii wielokrotnie mniej, w dodatku do oceanu pod lodem wcale. Ziemia była znacznie lepszym miejscem do narodzin życia.

Niemniej jednak w pióropuszach lodu wytryskiwanego przez ten księżyc w przestrzeń kosmiczną, będących wynikiem aktywności hydrotermalnej, wykryto całą paletę chemicznej aktywności, w tym związki, które na Ziemi wchodzą w skład życia. Odkryto w nich aminy, w życiu ziemskim budujące aminokwasy, oraz metan, który z kolei na Ziemi jest produktem metabolizmu niektórych mikroorganizmów. Metan może oczywiście powstawać bez udziału życia, a aminy nie są życiem, ale to, co odkrywamy na Enceladusie pokazuje, że sposób powstawania życia może być w kosmosie dość uniwersalny. Znaczy to, że najpewniej tworzy się ono z podobnych pierwiastków, które tworzą podobne związki chemiczne. Tego też zresztą należałoby się spodziewać, że te pierwiastki, które najchętniej się łączą z innymi, jak węgiel, będą podstawą dla budowy życia, a te związki chemiczne, które są trwalsze, dają bardziej wszechstronne wiązania i są najbardziej obiecujące energetycznie, będą jego głównymi budulcami. Ważne jest jednak to, że Enceladus te przypuszczenia potwierdza.

Bardzo znaczący jest w tym temacie także eksperyment, jaki przeprowadzili naukowcy niemieccy i austriaccy, symulując w laboratorium przypuszczalne warunki, jakie panują pod lodami Enceladusa w pobliżu kominów hydrotermalnych (zaznaczmy jednak, że udowodniona jest na Enceladusie jedynie aktywność hydrotermalna, ale istnienie kominów jest jedynie przypuszczalne). Do eksperymentu wykorzystali archeony, pierwotne organizmy ziemskie, często będące ekstremofilami, czyli organizmami potrafiącymi znosić ekstremalnie niesprzyjające życiu warunki. Przypomnijmy, że archeony to zupełnie odrębna linia ewolucyjna na Ziemi, nie są to ani bakterie, ani eukarionty, czyli organizmy posiadające jądro komórkowe (do których należymy także my).

Naukowcy wykazali, że (przypuszczalne) warunki enceladuskie są zdolne do utrzymania życia archeonów. Podtrzymanie oczywiście nie implikuje zdolności do jego stworzenia, wiemy jedynie tyle, że archeony najpewniej by na Enceladusie były zdolne żyć, gdyby je tam umieścić (ale z drugiej strony – gdzie ci szaleńcy nie byliby zdolni żyć?). Niemniej – w próbkach materiału wyrzuconego spod lodów Enceladusa organizmów nie znaleziono. A dopóki nie zanurzymy się sondą pod wielokilometrową warstwę lodu, co jest na dzień dzisiejszy prawie niewykonalne, odpowiedzi nie poznamy. Badania Enceladusa dały też jeszcze jeden niezadowalający w tym temacie wynik. Wykryto na nim formaldehyd, który nawet dla najbardziej wytrzymałych ziemskich archeonów jest silną trucizną. Podczas eksperymentu z warunkami enceladuskimi najlepiej sprawował się archeon o ładnej nazwie Methanothermococcus okinawensis, ale nawet on nie wytrzymuje takich stężeń formaldehydu, jaki na Enceladusie wykryła sonda Cassini. Czy to oznacza, że jednak nigdy nie narodziło się tam życie? Lub jeżeli się narodziło, to jednak zostało zniszczone?

Wracając do kwestii tego, że życie jest żywotne – ten wniosek byłby oczywiście bardzo wzmocniony jakimkolwiek odkryciem życia gdzieś indziej poza Ziemią. Oznaczałoby to bowiem, że życie nie tylko chętnie rodzi się tam, gdzie zrodzić się może, ale i, jak w przypadku Enceladusa, może się utrzymać mimo trudnych warunków.

Tymczasem nasza wiedza o Marsie, najbardziej obiecującej planecie na narodziny i utrzymanie życia ze wszystkich jakie znamy, wcale nie jest obiecująca dla wniosku o żywotności życia. Na tej planecie bowiem życie albo nigdy nie zaistniało, albo zaistniało i wymarło, albo istnieje w formie pierwotnej pod gruntem.

Szansa na to, że życie na Marsie nadal istnieje, jest bardzo niewielka. Musiałyby to być ekstremofilne mikroorganizmy żyjące pod powierzchnią marsjańskiej ziemi, ale naukowcy wątpią aby coś takiego odkryto. Brane są raczej pod uwagę scenariusze istnienia życia na Marsie kiedyś, gdy planeta prezentowała przyjaźniejsze warunki, a więc że dziś znajdziemy jedynie ślady w postaci zapisu kopalnego, czy to samych organizmów, czy produktów ich działalności. W przypadku tego drugiego pojawia się też kłopot interpretacyjny, czy to, co znajdujemy, rzeczywiście ma pochodzenie biologiczne, czy jednak wynika z abiotycznych procesów marsjańskich. W 1996 roku powszechnie ogłoszono, że odkryto skamieniałości życia na meteorycie znalezionym w lodach Antarktydy, który był pochodzenia marsjańskiego (najpewniej będąc niegdyś wybitym z jego powierzchni przez inny meteoryt). Jak się okazało, wnioski były jednak przedwczesne.

Niemniej szansa na to, że na Marsie istniało życie, jest naprawdę spora. Planeta ta bowiem we wcześniejszych okresach prezentowała sobą zupełnie inne warunki niż panują na niej dzisiaj. W okresie nazywanym noachijskim istniała znacznie gęstsza atmosfera, dając w efekcie większe ciśnienie, dostarczając tym samym większe zasoby materiału do oddychania, a na powierzchni znajdowały się rozległe płynne oceany oraz przepływy wody na wzór rzek. Na Marsie panowały też dość przyjazne temperatury, a również dzisiaj w okresie letnim za dnia potrafią one sięgać +27 stopni C. Okres noachijski miał miejsce jednak bardzo dawno temu, zakończył się niewiele później niż czas, gdy na Ziemi dopiero powstało życie. Późniejsze warunki zaczęły się znacznie pogarszać. Bardzo szybkie utracenie przez Marsa pola magnetycznego przestało go chronić przed promieniowaniem UV, a wiatr słoneczny zaczął wywiewać atmosferę w przestrzeń kosmiczną, który to proces trwa do dzisiaj. Spowodowało to ogromne obniżenie ciśnienia, skutkujące brakiem wymiany ciepła między różnymi regionami globu, i w efekcie brak stabilizacji i spadek temperatury. Klimat z być może wilgotnego stał się suchy i pustynny, a istnienie płynnej wody na powierzchni przestało być możliwe.

Nie wiemy jednak jak ten proces dokładnie przebiegał i otrzymujemy w tym zakresie sprzeczne dane. Płynna woda na powierzchni mogła wielokrotnie powracać i w jakimś zakresie występować nawet jeszcze 5 milionów lat temu. Część danych wskazuje, że tak było, część wyklucza taki scenariusz. Sporadycznie i w bardzo niewielkim zakresie płynna woda może występować też współcześnie. Jednak za każdym razem, gdy odkrywamy coś, co sugeruje o istnieniu wody dziś lub w niedalekiej geologicznie przeszłości, zawsze też pojawiają się jakieś dane będące pewnym „ale”, że to jednak mogła nie być woda lub że na pewno nie była.

Dziś Mars nie oferuje za bardzo warunków dla życia gdzie indziej niż głębiej pod powierzchnią gruntu. Na powierzchni odkryto też nadchlorany, które niszczą organiczne związki węgla. A węgiel ze względu na swoje właściwości prawdopodobnie wszędzie jest podstawą życia.

No ale co z tego wszystkiego?

Najprościej jest powiedzieć, że spore szanse na istnienie dawniej życia na Marsie, a znikome, że istnieje ono dzisiaj, pokazują że życie może być jednak kruche i nie radzić sobie tak dobrze, jak badamy to na Ziemi. Jeśli bowiem ono tam istniało, to zginęło. To samo może dotyczyć Enceladusa i Europy. W przypadku tego pierwszego obecność formaldehydu w takim stężeniu daje pewne wątpliwości co do tego, czy życie tam istnieje. Ale jeśli istniało, to również by znaczyło, że prawdopodobnie zginęło. O Europie nic dzisiaj w tym temacie istotnego powiedzieć nie możemy.

Możliwości jest oczywiście kilka. Również taka, choć mająca małe prawdopodobieństwo, że na Marsie życie przetrwało do dzisiaj, podobnie i na Enceladusie i Europie. To pozytywne rozwiązanie z kolei jednak znaczyłoby, że planety nie są skore do rozwijania tego życia. Oczywiście można powiedzieć, że jednak warunki prezentowane przez te globy są nieporównywalnie gorsze od tych z Ziemi, ale tak naprawdę mamy też do pewnego stopnia podobne dane właśnie o Ziemi. Nasza planeta przez bardzo długi okres nie tworzyła niczego bardziej złożonego od mikrobów. Przypomnijmy, że mamy udokumentowane, że życie na Ziemi istniało już po upływie 700 milionów lat od powstania planety (gdzie dodatkowo pierwsze paręset milionów lat w ogóle nie nadawało się do zainicjowania życia), ale coś bardziej złożonego (fauna ediakarańska i zaraz potem eksplozja kambryjska) zaczęło się dopiero po upływie 3 miliardów 900 milionów lat od jej narodzin. Czyli przez 3 miliardy 200 milionów lat istniało życie tylko w postaci mikroorganizmów. A są też podejrzenia, że mikroorganizmy na Ziemi powstały już przed 4 miliardami lat, co jeszcze wydłużałoby okres tego zastoju. Jest to skala czasowa trudna do uzmysłowienia sobie. Ewolucja gatunku Homo Sapiens to 200 tysięcy lat, a czas od śmierci ostatnich dinozaurów to 65 milionów lat. Te „pomniejsze”, a tak naprawdę ogromne dla nas skale czasowe pokazują, że w takim okresie może wydarzyć się ewolucyjnie naprawdę dużo. Jednak krok od mikrobów do prymitywnego życia złożonego trwał ponad 3 miliardy lat, możliwe że nawet około 3,5 miliarda.

Te wszystkie dane (ziemska ewolucja oraz potencjalne wyginięcie życia na omówionych globach lub pozostanie na nich w formie mikrobiologicznej) pokazują, że życie ujmowane generalnie albo niezbyt dobrze sobie radzi i ginie, albo może jest zdolne do przetrwania, ale niezbyt dobrze sobie radzi z inicjowaniem czegoś więcej.

Inaczej mówiąc – każda opcja to miecz obosieczny. Jeśli życie tam powstało i nie przetrwało, to znaczy że jego powstanie nie jest takie trudne, ale też że szybko umiera. Jeśli przetrwało do tej pory (i przy fakcie powolnego zapłonu ewolucji na Ziemi), to znaczy że sobie radzi, ale tylko gdy pozostaje prymitywną formą, a eksplozja kambryjska to ziemski fenomen.

I jest jeszcze opcja trzecia. Że życie na Enceladusie, Europie i Marsie nigdy nie powstało. Scenariusz taki (tak naprawdę mimo wszystko wg danych naukowych najbardziej prawdopodobny) również strzela do obu bramek naraz. Pozwala nam wówczas utrzymać silniejszym pogląd, że życie, gdy powstanie, usilnie trwa i nie daje się zlikwidować kolejnym katastrofom, bo za jedyną daną mamy wówczas przykład ziemskiej zaciętości życia. Ale oznacza to też, że samo powstanie życia jest jednak znacznie trudniejsze niż byśmy chcieli, bo nie zaistniało na globach, które najpewniej na to pozwalały.

Literatura

Enceladus i Europa:
https://en.wikipedia.org/wiki/Enceladus
https://pl.wikipedia.org/wiki/Enceladus_(księżyc)
https://en.wikipedia.org/wiki/Europa_(moon)
https://pl.wikipedia.org/wiki/Europa_(księżyc)

Eksperyment z warunkami enceladuskimi:
https://www.nature.com/articles/s41467-018-02876-y

Związki chemiczne na Enceladusie:
https://academic.oup.com/mnras/article/489/4/5231/5573821

Geologia Marsa i kwestia życia:
https://en.wikipedia.org/wiki/Mars
https://pl.wikipedia.org/wiki/Mars
https://science.sciencemag.org/content/320/5880/1204
https://www.newscientist.com/article/dn14016-was-mars-too-salty-for-life/
http://www.planetary.brown.edu/pdfs/3438.pdf
http://web.archive.org/web/20110606163309/http://www.nasa.gov/mission_pages/MRO/news/mro-20080716.html
https://archive.is/KADm
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2004JE002261
http://web.archive.org/web/20100323220121/http://science.nasa.gov:80/headlines/y2001/ast31jan_1.htm
https://en.wikipedia.org/wiki/Allan_Hills_84001
https://pl.wikipedia.org/wiki/Allan_Hills_84001
http://web.archive.org/web/20140414112401/http://www.astrobio.net:80/pressrelease/5709/perchlorate-complicates-hunt-for-life-on-mars

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie na Google

Komentujesz korzystając z konta Google. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie na Facebooku

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj /  Zmień )

Połączenie z %s