اخترزیست شناسی از آغاز تا چشم انداز » موسسه علمی پژوهشی نجم شمال
انجمن نجم شمال



مطالعه ی منشأ حیات روی زمین یکی از موفق ترین دستاوردها در اخترزیست شناسی و حتی قبل از پیدایش این رشته بوده است. از نظر تاریخی مسأله منشأ حیات تنها یک جواب داشت: نظریه ی خلق الساعه. در اواسط قرن نوزده بسیاری هنوز فکر می کردند که پیدایش حیات می تواند بطور خودبخودی و ناگهانی از یک ماده ی غیرزنده ایجاد شود. پاستور در سال1860 با انجام آزمایشی نشان داد که تولید خودبخودی میکروارگانیسم ها از ماده ی غیرزنده تنها یک تفسیر اشتباه از داده های مشاهده شده است و می تواند از طریق آلودگی زیستی نمونه ها توسط میکروب های موجود در هوای محیط توضیح داده شود. بعد از آن به مدت 50 سال, نظریه ی منشأ حیات بر اساس مفهوم پان اسپرمیا بود، که در آن فرض می شود زندگی در جایی بوجود نمی‌آید بلکه همواره در جهان وجود داشته، و بذرهای آن در جای جای جهان هستی، پراکنده شده و پیوسته می توانند به سادگی از طریق فشار پرتو های ساطع شده از ستاره ها در کیهان سفر کنند و از نقطه ای به نقطه دیگر انتقال یابند. امروزه نظریه ی پان اسپرمیا بطور کامل رد نشده است. در هر صورت نظریه ای که امروز عموماً مورد قبول واقع شده است بر پایه مفهوم کاملاً متفاوتی از تحول شیمیایی است.
ایده ی اصلی این است که فرض کنیم حیات در زمین بعد از یک سیر تکاملی طولانی از مواد آلی (به هر نوع ماده و ترکیب شیمیایی (جامد-مایع-گاز) می‌گویند که در ملکول‌های خود دارای کربن باشد) به وجود آمده است.
امروزه بخوبی پذیرفته شده است که حیات در سیاره ی زمین حدود 3.5 بیلیون سال پیش, از زمان قدیمی ترین استروماتولیت ها1 وجود داشته است. بدلیل تنوع و گوناگونی حیات زمینی در سطح ریخت شناسی اگر زندگی در جای دیگر وجود داشته باشد هیچ دلیلی وجود ندارد که فرض کنیم آن نوع حیات باید ظاهری مانند همین حیات ما در روی زمین داشته باشد. اهمیت آب مایع و شیمی کربن در فرآبندهای زمینی احتمالا محدود به زمین نیست. آب یک مولکول فراوان و کربن یک عنصر فراوان در این دنیا است. کشف وجود شیمی آلی فعال در ابرهای میان ستاره ای بوضوح از ایده ی کیهانی بودن شیمی آلی حمایت می کند. بنابراین منطقی است که فرض کنیم زندگی فرازمینی هم برحسب شیمی کربن و آب مایع است, حتی اگر بیوشیمی فرازمینی فرضی، الزاما با آن که ما می شناسیم یکسان نباشد.
اخترزیست شناسی در منظومه خورشیدی
بسیاری از اجرام در منظومه خورشیدی مورد علاقه زیست اخترشناسان هستند: نه تنها زمین, بلکه همچنین دنباله دارها, مریخ, اروپا (یکی از قمرهای سیاره ی مشتری) و حتی سیاره های غول پیکر و برخی از قمرهایشان مثل تیتان و تریتون به علت شیمی آلی پیچیده ای که در فضای اطرافشان وجود دارد حائز اهمیت هستند. شهابوارهها, ریزشهابوارهها و دنباله دارها
تا سال 1969 تنها نمونه های فرازمینی موجود در آزمایشگاه ما شهاب سنگ ها بوده اند, به ویژه کندریت های کربن دار. مطالعه ی جزئی شهاب سنگ ها حضور میکروارگانیسم های فرازمینی در آن اجرام را نشان نداده است. داستان اخیر شهاب سنگ مریخی ALH 84001 هم این مسئله را زیر سؤال نمی برد. هرچند, در حال حاضر از آنالیزشیمیایی دقیق کندریت های کربن دار, کاملاً پذیرفته شده است که شهاب سنگ ها غنی از ترکیبات آلی هستند. چندین درصد از ماده ی کربن دار شامل مولکول هایی زیستی مانند: آمینواسید و حتی مولکول های پایه ای نوکلئوتیدها است. علاوه بر این آنالیز مجدد برخی از این شهاب سنگ ها وجود فراوان انانتیومر در آمینواسید محتوی مواد فرازمینی را نشان می دهد. این باید تاثیر بسیاری در درک منشأ ایزومرهای دست سان در سیستم حیات زمینی ما داشته باشد.
اخترزیست شناسی از آغاز تا چشم انداز

شهاب سنگ مریخی ALH 84001

دنباله دارها ممکن است از طریق وارد کردن آب و اجرام ارگانیک روی زمین اولیه تقش مهمی در منشأ حیات روی زمین داشته باشند. در هر موردی, به علت شیمی آلی دنباله دارها، آن ها اجرام مهمی برای زیست اخترشناسی هستند. اگرچه ترکیب مولکولی هسته های دنباله دار هنوز ناشناخته است, اما فرض بر این است که از مواد آلی ساخته شده اند و از اتم های N,O,H و C غنی هستند. مأموریت ESA Rosetta با انجام آنالیز های آزمایشگاهی درمورد هسته های دنباله دار ها باید اطلاعات کلیدی را در این مورد فراهم کند.
اخترزیست شناسی از آغاز تا چشم انداز

فضاپیمای روزتا Rosetta به همراه سطح نشین فیله در نزدیکی هسته ی دنباله دار P-67

مریخ و اروپا
تا به امروز, دو جرم سیاره ای محتمل ترین اجرام برای جستجوی حیات فرازمینی در منظومه خورشیدی بنظر رسیده اند. اولین آنها سیاره ی مریخ و دومی اروپا, یکی از قمرهای گالیله ای مشتری, هستند. مریخ علی رغم ابعادش (حدوداً نصف زمین) و نبود جو غلیظ و آب مایع, هنوز یکی از بهترین هدف ها در نظر گرفته می شود. فضاپیمای سطح نشین وایکینگ VIKING قادر به تشخیص حضور میکروارگانیسم ها (اتوتروف یا هتروتروف) در خاک مریخ نبود. هرچند نشان داده شده است که وقتی حیات روی زمین بوجود آمد، احتمالاً سیاره ی سرخ پوشیده از آب مایع و دارای جوی غلیظ بوده است. به علت اینکه، در آن زمان زمین و مریخ بسیار شبیه به هم بودند، منطقی است که فرض کنیم چیزی که در زمین اتفاق افتاده, در مریخ هم رخ داده است و بعد از آن هر دو سیاره به شکل های متفاوتی مسیرشان را طی کرده اند. به علت فعالیت های زمین ساختی برای بازگرداندن کربن دی اکسید (بواسطه ی گرم نگه داشتن سطح از طریق اثر گلخانه ای) ضروری است، مریخ بیشتر جوش را از دست داد و سردتر و سردتر شد. مریخ همچنان آب مایع سطحش را از دست داد. همچنین تحت چنین شرایطی, جو آن بسیار اکسید کننده شد و اکسید کننده هایی مانند: پروکسید هیدروژن در خاک پخش شدند و به مرور زمان تمام حیات مریخی از این محیط زمخت و ناهموار، حداقل در نزدیکی سطحش, از بین رفت. هرچند احتمال وجود حیات در مریخ کاملاً از بین نرفته است. سفرهای علمی آینده به مریخ تحقیق برای جستجوی نشانه هایی از حیات منقرض شده در سطح مریخ را شروع می کند. تحقیقاتی به اندازه کافی عمیق که به عمق هایی از مریخ دست پیدا کند که فرآیندهای اکسیدی نادیده گرفته شوند. چنین سفرهایی اکنون در حال آماده سازی هستند. اخیراً علاقه ی زیست اخترشناس ها به اروپا (یکی از قمرهای بزرگ سیاره ی مشتری) افزون شده است. داده های فضاپیماهای وویجر در بخش بیرونی منظومه ی خورشیدی اطلاعات کافی برای ساختن مدل هایی از ساختار داخلی بسیاری از سیاره های غول پیکر و قمرهایشان فراهم کرده است. در بین سه مدل اصلی از اروپا, یکی شان تصور می کند که اقیانوسی از آب مایع با چندین کیلومتر عمق، سطح یخی قمر را پوشانده است. اگر چنین اقیانوسی فعالیت گرمایی داشته باشد، وجود ارگانیسم های زنده، میکروارگانیسم های پروکاریوت و حتی یوکاریوت های ماکروسکوپیک را نمی توان نادیده گرفت. هرچند تشخیص چنین سیستم حیاتی کار آُسانی نیست.
اخترزیست شناسی از آغاز تا چشم انداز

تصویر ارسالی وایکینگ از سطح مریخ

تیتان
یکی دیگر از اجرام سیاره ای که توسط فضاپیمای وویجر مورد بررسی و پس از آن مورد توجه زیست اخترشناسی قرار گرفت بزرگترین قمر زحل و دومین قمر بزرگ منظومه ی شمسی یعنی تیتان بود. وویجر نشان داد که جو تیتان بسیار غلیظ است و به طور عمده از نیتروژن مولکولی (حدود 90 درصد) و غلظت قابل توجهی از گاز متان (حدود چند درصد) ساخته شده است .اگرچه تیتان سردتر از زمین است اما مشخصات حرارتی جوی آن با یک تروپوسفر 74 تا 95، یک تروپوپاز 74 و یک لایه ی استراتوسفر 74 تا 170 درجه کلوین و با توجه به حضور گازهای گلخانه ای (به طور عمده متان و هیدروژن) و اجزای ضدگلخانه ای (ابرها و ذرات معلق در هوا) بسیار شبیه به زمین ابتدایی است. تا جایی که حتی تیتان یک مدل زنده‌ از زمین ابتدائی نامیده می شود به قدری که با میزان زیادی از نیترو‍ژن خیلی شبیه به سیاره ماست. چنین ترکیب شیمیایی جوی برای سنتز مواد آلی بسیار مطلوب است. طبق تجربیات آزمایشگاهی و مدل سازی های تئوری، می توان بسیاری از مواد آلی، به طور عمده هیدروکربن و نیتریل را در جو تیتان انتظار داشت.
اخترزیست شناسی از آغاز تا چشم انداز

تیتان، بزرگترین قمر زحل که دارای جو است.

در حال حاضر چندین ترکیب آلی تشخیص داده شده است، نیتریل سیانوژن، سیانو استیلن ترکیباتی هستند که در جو تیتان شناسایی شده اند. این محیط همچنین مملو از ذرات معلق در هواست. با این که ماهیت شیمیایی این ذرات معلق در هوا به طور مستقیم تاکنون مشخص نشده است، به نظر می رسد که آنها عمدتاً آلی باشند. علاوه بر این بررسی ها نشان می دهد که سطح تیتان تا حدودی با دریاها و دریاچه هایی از متان و اتان مایع پوشیده شده است. تجزیه و تحلیل و بررسی سطح تیتان شرایط اولیه ی زمین و مراحل شکل گیری مولکول های آلی را تداعی می کند. در حال حاضر مطالعات بر روی تیتان باید اطلاعاتی کلیدی در مورد امکان اتصالات مربوط به فرایند های آلی را در بخش های مختلف مایع سیاره ای ارائه دهد. به علاوه مطالعات شیمیایی در مورد تیتان با توجه به عدم وجود آب مایع در آن، می تواند اطلاعات مهمی را مورد نقش آب مایع در حوزه ی اخترشناسی ارایه دهد. هویگنس کاوشگری است که وظیفه داشت بر سطح تیتان فرود آید و آن را بررسی کند. این سفینه در ۱۵ اکتبر ۱۹۹۷ پرتاب شد و در ۱۴ ژانویه ۲۰۰۵ به سطح تیتان نشست. داده هایی که این کاوشگر مخابره کرد اطلاعات زیادی را در مورد محیط تیتان در اختیار زیست اخترشناسان قرار داد. امروزه دانشمندان امیدوارند با تحلیل داده ها به چگونگی پیدایش مواد آلی و شکل گیری ماهیت شیمیایی آنها پی ببرند.
اختر زیست شناسی در خارج از منظومه ی شمسی
شیمی آلی نه خاص زمین و نه خاص منظومه شمسی است. بلکه به نظر می رسد می توان آن را به طور گسترده ای در کل جهان هستی بررسی کرد. تاکنون 110 مولکول مختلف در فضاهای میان ستاره ای شناسایی شده است. احتمالاً روند پیچیده ی شیمی آلی در ابرهای میان ستاره ای، در فاز گاز و جامد غبار بین ستاره ای رخ می دهد. روند این فرایند های شیمیایی و بررسی آن یک مسئله ی پر اهمیت در حوزه ی زیست اخترشناسی است.
سیاره های فراخورشیدی
از زمان اولین کشف وجود یک سیاره در اطراف ستاره ی 51 پگاسوس در سال 1996 توسط ستاره شناسان سویسی Mayor و Queloz ، حدود بیست سیاره ی فراخورشیدی در اطراف و نزدیک این ستاره شناسایی شده است. در حال حاضر طیف گسترده ای از اجرام سیاره ای در جهان نشان داده شده است به طوری که تاکنون بیش از ۱۰۰۰ سیاره ی فراخورشیدی کشف شده است و این تعداد روز به روز در حال افزایش است. روش ها و ابزار های مورد نیاز برای بررسی و تحقیق در مورد این سیارات اخیراً به وجود آمده اند و ما باید توسط این روش ها و سنجش از راه دور قادر به تشخیص نشانه ای از زندگی در این سیارات فرضی شویم. تا به امروز هیچ سیاره ای به طورکامل به عنوان قطعی ترین گزینه برای میزبانی حیات انتخاب نشده است زیرا بیشتر این سیارات،کره هایی غول پیکر و مشتری سانِ گازی هستند. بنابراین نمی توانند شرایط لازم برای میزبانی حیات از نوعی که ما می شناسیم باشند. با تمام این ها مطالعه بر روی سیاره های قابل سکونت در خارج از سامانه ی خورشیدی همچنان اهمیت زیادی برای دانشمندان جستجوگر حیات در خارج از منظومه شمسی دارد.
اخترزیست شناسی از آغاز تا چشم انداز

Michel Mayor و Didier Queloz کاشفان وجود سیاره در اطراف ستاره ی 51 پگاسوس و دستگاه طیف نگارشان

جستجوی موجودات هوشمند فرازمینی
Searching for Extra-Terrestrial Intellignce یا SETI نامی است که به پروژه‌های علمی با هدف یافتن هوش فرازمینی گفته می‌شود. این مسئله که آیا زیست آلی در جای دیگری از جهان وجود دارد و اینکه آیا ممکن است تمدن فرا زمینی وجود داشته باشد، موضوع مهمی برای دانشمندان و عموم مردم بوده‌ است به نظر می رسد بررسی دامنه ی امواج رادیویی مناسب ترین راه برای ارتباطات میان ستاره ای باشد. تلسکوپهای رادیویی ابزار ایده‌الی برای ارتباط مخابراتی با موجودات فرازمینی به شمار می‌روند. ابزاری که می‌توانند سیگنال ها را دریافت کنند و سیگنالی بفرستند. فرانک دونالد دریک منجم و اخترفیزیک‌دان امریکایی است. او از پیشگامان جستجو برای زیست فرازمینی است. و اولین تجربه SETI در سال 1960 توسط این دانشمند انجام شد. او همچن معادله ای ابداع کرد که به معادله ی دریک معروف است. از این معادله‌ به منظور برآورد تعداد تمدن‌های فرازمینی قابل تشخیص درکهکشان راه شیری استفاده می‌شود. این معادله در اخترزیست‌شناسی برای جستجوی هوش فرازمینی مورد استفاده قرار می‌گیرد. فرانک دریک با پروژه ی خود با عنوان OZMA نخستین تلاش خود را برای استراق سمع سیگنال های فرا زمینی آغاز کرد، او آنتن های رادیویی خود را به سمت دو ستاره نسبتاً نزدیک، اپسیلون- نهر و تاو- قیطس که به ترتیب 10 و12 سال نوری از زمین فاصله دارند، نشانه رفت. هر چند او تلاش بسیار کرد اما هیچ سیگنالی دریافت نشد. اما این پایان کار نبود. تلاشهای دریک آغازگر راهی به حقیقت دشوار بود. از آن زمان، چند ده آزمایش مشابه انجام شده است. به طوری که ناسا، پیام هایی را در دیسکی ذخیره و بر کاوشگرهای وویجر 1 و 2 نصب کرد که هدف آن، برقراری ارتباط با تمدن های هوشمند فرازمینی است. این پیام حاوی صداها و تصاویر منتخبی است که ترسیم کننده تنوع حیات و فرهنگ بر روی سیاره ماست. شاید این اقدامات تنها حالتی نمادین داشته باشند اما همه ی اینها به وضوح نشان می دهد که این ایده که ممکن است در جای دیگری زندگی از جمله زندگی هوشمند وجود داشته باشد تا حد زیادی توسط جامعه ی علمی و حتی سیاسی نیز پذیرفته شده است.
اخترزیست شناسی از آغاز تا چشم انداز

امروزه تجهیزات زیادی برای دریافت و مخابره ی سیگنال های رادیویی برای کمک به پروژه یSETI در حال فعالیت هستند.

چشم انداز و مطالعات کنونی
اخترزیست شناسی رشته ای است که با هر رشته ای در ارتباط است و می توان گفت تلفیقی از چندین حوزه ی علمی است و جامعه ی علمی گسترده ای در این حوزه در حال کار هستند. مأموریت هایی زیادی برای جمع آوری اطلاعات موبوط به این حوزه صورت گرفته است. ماموریت هایی که مجهز به ابزار های دقیق اختصاصی و اندازه گیری بودند. ارسال کاوشگرهایی به مریخ برای بررسی وجود حیات در زمان حال و گذشته ی این سیاره و همچنین مأموریت های کاسینی و هویگنس برای بررسی زحل و قمر تیتان من جمله مأموریت هایی هستند که اطلاعاتشان کمک زیادی به دانشمندان فعال در این حوزه می کند. به نظر می رسد این دوره نیز به اکتشافات مهمی در مورد دنباله دارها منجر شود. همینطور ما می توانیم انتظار یک مأموریت به اروپا برای جستجوی حیات را نیز داشته باشیم. در واقع زیست اخترشناسی را می توان به عنوان گسترده ترین حوزه ی چندرشته ای در نظر گرفت که می تواند علاوه بر شناساندن عمیق تر تشکیل حیات و سیر تکاملی آن در سیاره ی خومان، ما را در درک ارزش واقعی حیات و مفهوم زندگی در خارج از سیاره ی مادری مان یعنی در عالم کمک کند.
اخترزیست شناسی از آغاز تا چشم انداز


تعاریف برخی از واژگان:
استرماتولیت
استروماتولیت ها صخره ها و يا سنگ هايي كربناتي هستند كه طي سال ها فرآيند بيولوژيكي به وجود آمده اند.
نوکلوتید
واحد سازنده اسیدهای نوکلئیک
انانتیومر
ایزومرهایی که تصویر آینه‌ای یکدیگر باشند.
دَست‌سانی
در علم شیمی برای تشریح جسمی به کار می‌رود که بر روی تصویر آینه خود غیر انطباق‌پذیر است.
ایزومرها
ترکیباتی با فرمول شیمیایی یکسان و فرمول ساختاری متفاوت
کندریت
کندریتها شهابسنگهایی از جنس سنگ بوده که از زمان شکل گیری منظومه شمسی هیچ گونه آثاری از ذوب شدگی در آنها مشاهده نمی شود.
یوکاریوت
در زیست‌شناسی به جانداری که یاخته‌های آن هسته واقعی و غشا دارد گفته می‌شود.
پروکاریوت
در زیست‌شناسی به جانداری که یاخته‌های آن هسته واقعی و غشای هسته ندارد گفته می‌شود.
اتوتروف
اتوتروف‌ها جاندارانی هستند که با استفاده از انرژی خورشید در طی فرآیندی که فتو سنتز نامیده می‌شود، قادر به تولید غذای خود هستند.
هتروتروف
جاندارانی که انرژی خود را از مولکول‌ها آلی که توسط اتوتروف‌ها ساخته شده‌اند، به دست می‌آورند.

مرجع:
ENCYCLOPEDIA OF ASTRONOMY AND ASTROPHYSICS/ Exobiology / Francois Raulin
مترجمان:
• زهرا سلطانی (كارشناس زيست شناسي، دانشگاه گيلان / منجم آماتور و عضو گروه پژوهشي اخترزيست شناسي موسسه نجم شمال)
• لیلا حسین زاده (کارشناس فیزیک، دانشگاه گیلان)


نظرات: (0)
ارسال نظر جدید
نام 
ایمیل 
پررنگ کج خط دار خط دار در وسط | سمت چپ وسط سمت راست | قرار دادن شکلک انتخاب رنگ | پنهان کردن متن قراردادن نقل قول تبدیل نوشته ها به زبان روسی قراردادن Spoiler

کد:
عکس خوانده نمی شود

کد امنیتی را وارد کنید: