علم الأحياء الفلكي: التاريخ ، موضوع الدراسة والأهمية

علم الأحياء الفلكي أو exobiology هو فرع من علم الأحياء الذي يتعامل مع أصل وتوزيع وديناميات الحياة ، في سياق كل من كوكبنا والكون بأسره. يمكن أن نقول بعد ذلك ، أنه كعلم ، علم الأحياء الفلكي هو الكون ، ما هي الأحياء لكوكب الأرض.

بسبب الطيف الواسع لعمل علم الأحياء الفلكي ، فهو يجمع بين العلوم الأخرى مثل: الفيزياء ، والكيمياء ، وعلم الفلك ، والبيولوجيا الجزيئية ، والفيزياء الحيوية ، والكيمياء الحيوية ، وعلم الكونيات ، وعلم الجيولوجيا ، والجيولوجيا ، والرياضيات ، وعلوم الكمبيوتر ، وعلم الاجتماع ، وعلم الإنسان ، وعلم الآثار ، وغيرها.

تصور البيولوجيا الفلكية الحياة كظاهرة يمكن أن تكون "عالمية". إنه يتعامل مع سياقاتهم أو السيناريوهات المحتملة ؛ الاحتياجات الخاصة بك والحد الأدنى من الشروط الخاصة بك ؛ العمليات المعنية ؛ عملياتها الواسعة ؛ من بين المواضيع الأخرى. لا يقتصر على الحياة الذكية ، لكنه يستكشف أي نوع ممكن من الحياة.

تاريخ البيولوجيا الفلكية

قد يعود تاريخ البيولوجيا الفلكية إلى بدايات البشرية كنوع وقدرتها على التساؤل عن الكون والحياة على كوكبنا. من هناك تظهر الرؤى الأولى والتفسيرات التي لا تزال موجودة حتى اليوم في أساطير العديد من الشعوب.

الرؤية الأرسطية

نظرت الرؤية الأرسطية إلى الشمس والقمر وباقي الكواكب والنجوم ، باعتبارها أجواء مثالية تدور حولنا ، مما يجعل الدوائر متحدة المركز من حولنا.

شكلت هذه الرؤية نموذج مركز الأرض للكون وكانت الفكرة التي ميزت البشرية خلال العصور الوسطى. ربما لا يمكن أن يكون له معنى في ذلك الوقت ، مسألة وجود "سكان" خارج كوكبنا.

رؤية كوبرنيكان

في العصور الوسطى ، اقترح نيكولاس كوبرنيكوس نموذجه عن الشمس ، الذي وضع الأرض ككوكب آخر ، يدور حول الشمس.

أثر هذا النهج بعمق على الطريقة التي ننظر بها إلى بقية الكون وننظر إلى أنفسنا ، لأنه وضعنا في مكان ربما لم يكن "خاصًا" كما كنا نظن. فتحت بعد ذلك إمكانية وجود كواكب أخرى شبيهة بكوننا ، ومعها ، حياة مختلفة عن تلك التي نعرفها.

الأفكار الأولى للحياة خارج كوكب الأرض

الكاتب والفيلسوف الفرنسي ، برنارد لو بوفير دو فونتينيل ، في نهاية القرن السابع عشر ، اقترح بالفعل أن الحياة يمكن أن توجد على كواكب أخرى.

في منتصف القرن الثامن عشر ، كتب العديد من العلماء المتصلين بالتنوير عن الحياة خارج كوكب الأرض. حتى كبار علماء الفلك في ذلك الوقت ، مثل رايت ، كانت ، لامبرت ، وهيرشيل ، افترضوا أنه يمكن أن تسكن الكواكب والأقمار وحتى المذنبات.

وهكذا ، بدأ القرن التاسع عشر مع غالبية العلماء والفلاسفة وعلماء اللاهوت الأكاديمي ، وتبادل الاعتقاد بوجود حياة خارج كوكب الأرض على جميع الكواكب تقريبا. واعتبر هذا افتراضًا قويًا في ذلك الوقت ، استنادًا إلى فهم علمي متزايد للكون.

تم تجاهل الاختلافات الساحقة بين الأجرام السماوية للنظام الشمسي (فيما يتعلق بتركيبها الكيميائي والغلاف الجوي والجاذبية والضوء والحرارة).

ومع ذلك ، مع زيادة قوة التلسكوبات ومع ظهور التحليل الطيفي ، يمكن أن يبدأ علماء الفلك في فهم كيمياء أجواء الكواكب القريبة. وبالتالي ، يمكن استبعاد أن الكواكب القريبة كانت مأهولة بالكائنات الحية مثل الكائنات الأرضية.

موضوع دراسة علم الأحياء الفلكي

يركز علم الأحياء الفلكي على دراسة الأسئلة الأساسية التالية:

• ما هي الحياة؟
• كيف جاءت الحياة على الأرض؟
• كيف تتطور الحياة وتتطور؟
• هل هناك حياة في أي مكان آخر في الكون؟
• ما هو مستقبل الحياة على الأرض وفي أماكن أخرى في الكون ، إن وجدت؟

من هذه الأسئلة تنشأ العديد من الآخرين كل ما يتعلق وجوه لدراسة علم الأحياء الفلكي.

المريخ كنموذج الدراسة واستكشاف الفضاء

الكوكب الأحمر ، المريخ ، كان آخر معقل لفرضيات الحياة خارج كوكب الأرض داخل النظام الشمسي. جاءت فكرة وجود الحياة على هذا الكوكب ، في البداية من الملاحظات التي أدلى بها علماء الفلك في أواخر القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين.

جادل بأن هذه العلامات على سطح المريخ كانت في الواقع قنوات مبنية من قبل مجموعة من الكائنات الحية الذكية. في الوقت الحاضر ، تعتبر هذه الأنماط ناتج الريح.

بعثات مارينر ونموذج التحول

تمثل مجسات الفضاء مارينر عصر الفضاء الذي بدأ في أواخر الخمسينيات من القرن العشرين ، وقد سمح هذا العصر بتصور وفحص الأسطح الكوكبية والقمرية مباشرة داخل النظام الشمسي ؛ وبالتالي تجاهل مطالبات أشكال الحياة خارج كوكب الأرض متعددة الخلايا والتي يمكن التعرف عليها بسهولة في النظام الشمسي.

في عام 1964 ، أرسلت مهمة ناسا مارينر 4 ، أول صور قريبة لسطح المريخ ، تظهر كوكبًا صحراويًا أساسيًا.

ومع ذلك ، فإن البعثات اللاحقة التي أرسلت إلى المريخ والكواكب الخارجية ، سمحت بإلقاء نظرة مفصلة على تلك الهيئات وأقمارها ، وخاصة في حالة المريخ ، فهمًا جزئيًا لتاريخهم المبكر.

في سيناريوهات مختلفة خارج كوكب الأرض ، وجد العلماء بيئات لا تختلف عن البيئات المأهولة على الأرض.

وكان الاستنتاج الأكثر أهمية في هذه البعثات الفضائية الأولى ، هو استبدال افتراضات المضاربة للأدلة الكيميائية والبيولوجية ، والتي تتيح دراستها وتحليلها بموضوعية.

هل هناك حياة على المريخ؟ مهمة الفايكينغ

في الحالة الأولى ، تدعم نتائج مهام مارينر فرضية عدم وجود حياة على سطح المريخ. ومع ذلك ، يجب علينا أن نعتبر أنه كان يبحث عن الحياة العيانية. وقد تساءلت البعثات اللاحقة عن غياب الحياة المجهرية.

على سبيل المثال ، من بين التجارب الثلاثة التي تم تصميمها لاكتشاف الحياة ، والتي أجراها المسبار الأرضي لمهمة فايكنغ ، توصل اثنان إلى نتائج إيجابية وواحدة سلبية.

على الرغم من ذلك ، يتفق معظم العلماء المشاركين في تجارب مسبار فايكنغ على أنه لا يوجد دليل على وجود حياة بكتيرية على المريخ وأن النتائج غير حاسمة رسميًا.

البعثات بيغل 2 ، المريخ القطبية لاندر

بعد النتائج المثيرة للجدل لبعثات Viking ، أطلقت وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) في عام 2003 مهمة Mars Express ، المصممة خصيصًا للدراسات الخارجية والجيوكيميائية.

تضمنت هذه المهمة مسبارًا يسمى Beagle 2 (يُعرف باسم السفينة التي سافر إليها تشارلز داروين) ، وهو مصمم للبحث عن علامات الحياة على سطح المريخ الضحل.

للأسف فقد هذا التحقيق الاتصال بالأرض ولم يستطع تطوير مهمته بشكل مرض. وكان مصير مماثل مسبار ناسا " المريخ القطبية لاندر " في عام 1999.

بعثة فينيكس

بعد هذه المحاولات الفاشلة ، في مايو 2008 ، وصلت مهمة فينيكس التابعة لناسا إلى المريخ ، وحصلت على نتائج غير عادية في 5 أشهر فقط. أهدافها البحثية الرئيسية كانت exobiological ، المناخية والجيولوجية.

هذا التحقيق يمكن أن يثبت وجود:

• الثلوج في جو المريخ.
• الماء على شكل جليد تحت الطبقات العليا من هذا الكوكب.
• التربة الأساسية من درجة الحموضة بين 8 و 9 (على الأقل في المنطقة القريبة من النسب).
• الماء السائل على سطح المريخ في الماضي

يستمر استكشاف المريخ

يستمر استكشاف المريخ اليوم بأدوات آلية عالية التقنية. قدمت مهمات روفرز (MER-A و MER-B) دليلًا مثيرًا للإعجاب على وجود نشاط مائي على سطح المريخ.

على سبيل المثال ، تم العثور على أدلة على المياه العذبة والينابيع المغلية والغلاف الجوي الكثيف ودورة المياه النشطة.

على المريخ ، تم الحصول على أدلة على أن بعض الصخور قد تم تشكيلها في وجود مياه سائلة ، مثل Jarosite ، التي تم اكتشافها بواسطة Rover MER-B ( فرصة ) ، والتي كانت نشطة من 2004 إلى 2018.

قام Rover MER-A ( الفضول ) بقياس التقلبات الموسمية للميثان ، والتي كانت مرتبطة دائمًا بالنشاط البيولوجي (البيانات المنشورة في 2018 في مجلة Science). كما عثر على جزيئات عضوية مثل الثيوفين والبنزين والتولوين والبروبان والبيوتان.

كان هناك ماء على المريخ

على الرغم من أن سطح المريخ غير مضياف حاليًا ، إلا أن هناك أدلة واضحة على أنه في الماضي البعيد ، سمح مناخ المريخ بالمياه السائلة ، وهي عنصر أساسي للحياة كما نعرفها ، تتراكم على السطح.

تكشف البيانات المستقاة من Rover MER-A ( الفضول ) ، أنه قبل مليارات السنين ، وهي بحيرة داخل فوهة جيل ، تحتوي على جميع المكونات الضرورية للحياة ، بما في ذلك المكونات الكيميائية ومصادر الطاقة.

النيازك المريخية

يعتبر بعض الباحثين أن النيازك المريخية هي مصادر جيدة للمعلومات حول الكوكب ، حيث تشير إلى أنها تحتوي على جزيئات عضوية طبيعية وحتى أحافير صغيرة من البكتيريا. هذه النهج هي موضوع النقاش العلمي.

هذه النيازك من المريخ نادرة جدًا وتمثل العينات الوحيدة التي يمكن تحليلها مباشرةً من الكوكب الأحمر.

و panspermia ، النيازك والمذنبات

واحدة من الفرضيات التي تفضل دراسة النيازك (وكذلك المذنبات) ، وقد دعا panspermia. يتكون هذا من الافتراض بأنه في الماضي حدث استعمار الأرض ، عن طريق الكائنات الحية الدقيقة التي جاءت داخل هذه النيازك.

في الوقت الحاضر ، هناك أيضًا فرضيات تنص على أن المياه الأرضية جاءت من مذنبات قصفت كوكبنا في الماضي. بالإضافة إلى ذلك ، يُعتقد أن هذه المذنبات قد جلبت معها جزيئات بدائية ، مما سمح بتطور الحياة أو حتى الحياة المطورة بالفعل الموجودة في الداخل.

في الآونة الأخيرة ، في سبتمبر 2017 ، أكملت وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) بنجاح مهمة روسيتا ، التي بدأت في عام 2004. وتألفت هذه المهمة من استكشاف المذنب 67P / Churyumov-Gerasimenko مع مسبار Philae الذي وصل إليه ودار حوله ، ثم ينزل. نتائج هذه المهمة لا تزال قيد الدراسة.

أهمية علم الأحياء الفلكي

مفارقة فيرمي

يمكن القول أن السؤال الأصلي الذي يحفز دراسة علم الأورام هو: هل نحن وحدنا في الكون؟

فقط في درب التبانة يوجد مئات المليارات من أنظمة النجوم. هذه الحقيقة ، مقترنة بعصر الكون ، تشير إلى أن الحياة يجب أن تكون ظاهرة شائعة في مجرتنا.

حول هذا الموضوع ، فإن السؤال الذي طرحه الفيزيائي الحائز على جائزة نوبل إنريكو فيرمي مشهور: "أين هم جميعًا؟" ، الذي صاغه في سياق مأدبة غداء ، حيث تمت مناقشة حقيقة أن تكون المجرة ممتلئة. الحياة.

انتهى السؤال الذي أدى إلى ظهور Paradox الذي يحمل اسمه والذي تم التعبير عنه بالطريقة التالية:

"الاعتقاد بأن الكون يحتوي على العديد من الحضارات المتقدمة تقنياً ، إلى جانب افتقارنا إلى أدلة الملاحظة لدعم هذه الرؤية ، غير متناسق."

برنامج SETI والبحث عن الذكاء الخارجي

قد يكون الرد المحتمل على مفارقة فيرمي هو أن الحضارات التي نفكر فيها ، إذا كانت موجودة بالفعل ، لكننا لم نبحث عنها.

في عام 1960 ، بدأ فرانك دريك جنبًا إلى جنب مع علماء الفلك الآخرين برنامج البحث الاستخباراتي خارج الأرض (SETI).

بذل هذا البرنامج جهودًا مشتركة مع ناسا ، في البحث عن علامات للحياة خارج كوكب الأرض ، مثل الإشارات اللاسلكية وأجهزة الميكروويف. أدت الأسئلة المتعلقة بكيفية ومكان البحث عن هذه الإشارات إلى تقدم كبير في العديد من فروع العلوم.

في عام 1993 ، ألغى الكونغرس الأمريكي تمويلًا لوكالة ناسا لهذا الغرض ، كنتيجة لمفاهيم خاطئة حول معنى معنى البحث. في الوقت الحاضر ، يتم تمويل مشروع SETI بأموال خاصة.

أدى مشروع SETI إلى ظهور أفلام هوليوود ، مثل Contacto ، وبطولة الممثلة جودي فوستر ، وهي مستوحاة من الرواية المتجانسة التي كتبها عالم الفلك الشهير كارل ساجان.

معادلة دريك

قدّر فرانك دريك عدد الحضارات ذات القدرة على التواصل ، من خلال التعبير الذي يحمل اسمه:

N = R * xf _p xn _e xf _l xf _i xf _c x L

حيث تمثل N عدد الحضارات التي لديها القدرة على التواصل مع الأرض ويتم التعبير عنها كدالة لمتغيرات أخرى مثل:

• R * : معدل تكوين النجوم مماثل لشمسنا
• f _p : جزء أنظمة النجوم هذه مع الكواكب
• n _e : عدد الكواكب المشابهة للأرض بواسطة النظام الكوكبي
• f _l : جزء الكواكب المذكورة حيث تتطور الحياة
• f _i : الكسر الذي يظهر فيه الذكاء
• f _c : جزء الكواكب الملائم للتواصل
• لام : توقع "حياة" هذه الحضارات.

صاغ دريك هذه المعادلة كأداة "لتغيير" المشكلة ، بدلاً من أن تكون عنصراً لوضع تقديرات ملموسة ، حيث يصعب تقدير العديد من مصطلحاتها. ومع ذلك ، هناك إجماع على أن العدد الذي يميل إلى رمي كبير.

سيناريوهات جديدة

يجب أن نلاحظ أنه عندما تمت صياغة معادلة دريك ، كان هناك القليل من الأدلة على وجود كواكب وأقمار خارج نظامنا الشمسي (الكواكب الخارجية). في عقد التسعينيات ، ظهر أول دليل على الكواكب الخارجية.

على سبيل المثال ، اكتشفت مهمة ناسا كبلر 3538 مرشحًا لكواكب خارجية ، منها ما لا يقل عن 1000 في "المنطقة الصالحة للسكن" للنظام قيد النظر (المسافة التي تسمح بوجود الماء السائل).

البيولوجيا الفلكية واستكشاف نهايات الأرض

واحدة من مزايا علم الأحياء الفلكي هو أنه ألهم ، في جزء كبير منه ، الرغبة في استكشاف كوكبنا. هذا مع الأمل في الفهم عن طريق قياس أداء الحياة في السيناريوهات الأخرى.

على سبيل المثال ، سمحت لنا دراسة المصادر الحرارية المائية في قاع المحيطات بمراقبة الحياة غير المرتبطة بالتركيب الضوئي لأول مرة. بمعنى أن هذه الدراسات أظهرت لنا أنه قد تكون هناك أنظمة لا تعتمد فيها الحياة على ضوء الشمس الذي كان يعتبر دائمًا مطلبًا لا غنى عنه.

هذا يسمح بافتراض السيناريوهات المحتملة للحياة على الكواكب حيث يمكن الحصول على الماء السائل ، ولكن تحت طبقات سميكة من الجليد ، والتي من شأنها أن تمنع وصول الضوء إلى الكائنات الحية.

مثال آخر هو دراسة الأودية الجافة في أنتاركتيكا. هناك نجا من البكتيريا التمثيل الضوئي التي كانت محمية داخل الصخور (البكتيريا endolithic).

في هذه الحالة ، يخدم الصخر كدعم وحماية ضد الظروف المعاكسة للمكان. كما تم اكتشاف هذه الإستراتيجية في المسطحات المالحة والينابيع الحارة.

وجهات نظر علم الأحياء الفلكي

لم يكن البحث العلمي عن الحياة خارج كوكب الأرض ناجحًا حتى الآن. لكنها أصبحت أكثر تطوراً ، لأن الأبحاث الفلكية البيولوجية تنتج معرفة جديدة. العقد القادم من الاستكشافات الفلكية سوف يشهد:

• جهود أكبر لاستكشاف المريخ والأقمار الجليدية لكوكب المشتري وزحل.
• قدرة غير مسبوقة لمراقبة وتحليل الكواكب خارج المجموعة الشمسية.
• إمكانات أكبر لتصميم ودراسة أشكال حياة أبسط في المختبر.

كل هذه التطورات سوف تزيد بلا شك من احتمالية العثور على حياة على كواكب مماثلة للأرض. ولكن ربما ، لا توجد حياة خارج كوكب الأرض أو منتشرة في جميع أنحاء المجرة لدرجة أنه ليس لدينا أي فرصة للعثور عليها.

حتى إذا كان هذا السيناريو الأخير صحيحًا ، فإن البحث في علم الأحياء الفلكي يوسع بشكل متزايد وجهة نظرنا للحياة على الأرض ومكانتها في الكون.