برای این‌که حیات در سیاره‌ یا قمری شکل بگیرد چه شرایط و موادی لازم است؟

[مسافر007]

پاسخ این پرسش یکی از مهم‌ترین چالش‌های دانشمندان و محققان در زمینه‌ی اختر زیست‌شناسی است. برای درک موضوع بهتر است شرایط بوجود آمدن منظومه‌ی شمسی و در ادامه بررسی پیدایش حیات در تنها سیاره‌ی شناخته شده یعنی زمین خودمان را بررسی کنیم.تشکیل منظومه‌ی خورشیدیخورشید ما به همراه منظومه‌ی سیاره‌ای آن، در فاصله‌ی دو‌ سوم از مرکز کهکشان و بین دو بازوی کهکشان مارپیچی راه‌شیری قرار گرفته است. خورشید، ستاره‌ای معمولی در منطقه‌ای معمولی است و با خانواده‌ای از سیاره‌ها و ماه‌های آن‌ها به همراه سیارک‌ها و دنباله‌دارها احاطه شده‌ است. نخستین مرحله در تاریخ شکل‌گیری منظومه‌ی خورشیدی، هنگامی است که «اَبْرِ میان ستاره‌ای» درهم فرو ریخت و «صفحه‌ی پیش‌سیاره‌ای» شکل گرفت. اخترشناسان درست نمی‌دانند چه عاملی موجب رُمبِش این ابر شد. گمانه‌های مختلفی، از جمله موج لرزه ناشی از انفجار یک اَبَر نو اَختر در نزدیکی این ابر، مطرح شده است. با در هم فروریختن این ابر، دانه‌های غبار به سمت مرکز این سحابی کشیده شدند، به هم چسبیدند، بزرگ‌تر و بزرگ‌تر شدند تا سرانجام به شکل سیاره‌ها در آمدند.ویژگی اختصاصی زمین چیست؟زمین دارای ویژگی‌های خاص زیادی است که آن را از دیگر جرم‌های موجود در منظومه‌ی ‌خورشیدی متمایز می‌کند و اگر این ویژگی‌ها، علت اصلی وجود زندگی بر روی آن باشند، آن‌گاه برای جست‌وجوی زندگی در دیگر اجرام منظومه خورشیدی و یا دیگر مناطق کیهان ، باید به دنبال شواهدی مبنی بر وجود این ویژگی‌ها یا ویژگی‌های مشابه باشیم.منطقه‌ی سکونت‌پذیرپیش از هر چیز زمین یگانه سیاره‌ای است که در منطقه‌ی « سکونت‌پذیر،HZ» است، منطقه‌ای که دما و فشار به اندازه‌ای است که آب مایع بر سطح سیاره باقی می‌ماند. نزدیک‌تر از این، دما بسیار بیشتر است و آب بخار می‌شود، دورتر، سرد است و آب، تبدیل به یخ می‌شود. با وجودی که در طول ۴٫۵۶ میلیارد سال، خورشید تکامل یافته و داغ‌تر شده است، زمین همواره در محدوده HZ قرار داشته است. البته این وضعیت در آینده به همین شکل پیش نخواهد رفت: خورشید، حدود نیمی از عمر خود را سپری کرده ‌است و تا حدود پنج میلیارد سال دیگر تبدیل به غول سرخ خواهد شد و در نتیجه، قطر آن در منظومه ‌خورشیدی، بسیار بیشتر از قطر کنونی خواهد شد. در این حالت، سطح زمین آن چنان داغ خواهد شد که دیگر آب مایعی بر روی آن باقی نمی‌ماند. در عوض، ممکن است ناحیه‌ی بین سیاره‌ی مشتری یا زحل، منطقه‌ی سکونت‌پذیر شود.حفاظت در برابر برخوردهازمین، مکانی به نسبت آرام است. اگر چه گه‌گاه قطعاتی از دنباله‌دارها و سیارک‌ها به آن برخورد می‌کنند، ولی آخرین برخوردی که تأثیر عظیمی بر محیط زیست سیاره گذاشت، مربوط به ۶۵ میلیون سال پیش در دوران کرتاسه است. پس از این برخورد، حدود ۶۰ درصد تمامی گونه‌های شناخته ‌‌شده نابود شد. معروف‌ترین آن‌ها دایناسورها بودند. اگر چه منظومه‌ی ‌خورشیدی، همچنان مکانی خطرناک است، ولی سیاره‌ی ما به لطف وجود سیاره‌های غول آسای منظومه‌ی ‌خورشیدی، از خطر بمباران‌های شدید مصون مانده است. این سیاره‌ها، به علت داشتن میدان گرانشی‌ قوی‌، اجرام سرگردان منظومه‌ی‌ خورشیدی را به سمت خود می‌کشند.

هر کاوشی در منظومه‌ی خورشیدی برای پیدا کردن نشانه‌های زندگی در گذشته یا حال، تحت تأثیر جست‌وجو برای یافتن آبِ مایع است.

پایداریزمین همسایه‌ی بسیار نزدیکی دارد که تأثیر مفیدی بر آن می‌گذارد: ماه. بدون وجود ماه، تغییرات آب و هوایی زمین، بسیار شدیدتر از وضعیت فعلی می‌شد. چون ماه، باعث کاهش تمایل مداری زمین شده است. این تمایل مداری ناشی از کشمکش گرانشی میانِ خورشید و مشتری است. زمین در هر ۲۴ ساعت یک‌ دور کامل گِردِ محور خود می‌چرخد و در هر ۳۶۵/۲۵ روز یک دور کامل گِردِ خورشید می‌گردد. محور چرخش ِ‌ زمین نسبت به صفحه‌ی مداری‌اش زاویه‌ای در حدود ۲۳ درجه دارد. به عبارت دیگر، محور چرخشی زمین دارای تمایل است و این تمایل محوری موجب پیدایش فصل‌ها می‌شود . حفاظت در برابر خورشیدزمین در هنگام چرخش به‌دور خود و خورشید، در نور خورشید غوطه‌ور است. خورشید، ستاره‌ای پایدار است که به صورت یکنواخت مشغول سوختن و تابش انرژی به شکل نور و گرما است. میزان تابش اندازه‌گیری شده در سطح زمین، برای برقراری آب‌وهوایی مطبوع، مناسب است. اما بی‌حفاظت، تابش مستقیم پرتو فرا‌بنفش خورشید، باعث از بین رفتن پیوند بین اتم‌های کربن و در نتیجه نابودی ترکیبات‌ آلی در بدن بیشتر موجودات، از جمله انسان می‌شود. خورشید همچنین منشاء پدیده‌ی دیگری است که می‌تواند خطرناک باشد: باد خورشیدی. باد خورشیدی، جریانی از ذره‌های باردار ‌است که از خورشید در فضا منتشر می‌شود. این ذرات می‌توانند با مولکول‌های هوا برهمکنش داشته و در فرآیندی باعث از بین رفتن جوّ شود.سیاره‌ای ناآرامآخرین ویژگی متمایزکننده‌ی زمین از دیگر سیاره‌های منظومه‌ی‌ خورشیدی، فرآیند‌ «زمین ساخت صفحه‌ای»است که در آن توده‌ای از صخره‌های سفت و محکم، روی دریایی از صخره‌های متحرک «شناور» هستند. چرا این فرآیند برای زندگی اهمیت دارد؟ زیرا فرآیند «زمین ساخت صفحه‌ای» قسمتی از یک چرخه‌ی جهانی است که موجب برقراری تعادل در میزان کربن موجود در زمین می‌شود. تنفس موجودات زنده، گازهای خروجی از آتشفشان‌ها و چشمه‌های داغ و شکسته شدن سنگ‌هایی مثل سنگ آهک، موجب متصاعد شدن دی‌اکسید‌کربن در جّو زمین می‌شود. با فوتوسنتز حل شدن در آب و فرسایش سنگ‌های سیلیکاتی در اثر آب و هوا، دی‌اکسید‌کربن جّو زمین جذب می‌شود. تعادل بین فرآیندهای افزاینده و کاهنده دی‌اکسید‌کربن، اهمیت بسیاری برای تغییر دمای زمین و در نتیجه، میزان دی‌اکسید‌کربن موجود در جّو دارد. بدون فرآیند زمین ساخت صفحه‌ای – که دی‌اکسید‌کربن را به کمک آتشفشان‌ها به جّو باز می‌گرداند – سرانجام تمام دی‌اکسید‌کربن از جّو ناپدید شده و در خاک‌سپهر قرار می‌گرفت. در نتیجه، دمای زمین به شدت کاهش می‌یافت و یخ‌های منطقه شمالگان و جنوبگان ، بخش وسیعی از سطح زمین و اقیانوس‌ها را می‌پوشاندند.

فرآیند «ساختن» زندگی را می‌توان با درست کردن کیک مقایسه کرد. داشتن مواد اولیه، به تنهایی کافی نیست، بلکه این مواد باید با هم ترکیب شوند و پیش از این‌که واکنشی روی دهد، باید انرژی کافی وجود داشته باشد.

زندگی در زمینهر نوع تلاش برای مطالعه‌ی منشاء زندگی فرازمینی، می‌بایست بر مبنای داده‌های به‌ دست‌ آمده در مورد تحول زندگی روی زمین انجام شود. فرض بر ‌این است که بلوک‌های سازنده‌ی زندگی در سراسر کیهان، یکسان هستند و فرآیندهای مرتبط با این بلوک‌ها نیز همگی بر مبنای قوانین فیزیک و شیمی که در زمین می‌شناسیم، انجام می‌گیرند. برای شکل‌گیری زندگی، به دو چیز اصلی نیاز است: مواد ترکیبی درست و شرایط مناسب.دستورالعمل ایجاد زندگیفرآیند «ساختن» زندگی را می‌توان با درست کردن کیک مقایسه کرد. داشتن مواد اولیه، به تنهایی کافی نیست، بلکه این مواد باید با هم ترکیب شوند و پیش از این‌که واکنشی روی دهد، باید انرژی کافی وجود داشته باشد. با گذشت زمان شرایط باید همچنان مساعد و پایدار بماند تا مواد ترکیب شده، تبدیل به محصول نهایی شوند. این محصول نهایی، می‌تواند یک کیک، باکتری یا انسان باشد. پرسش این است که «مواد ترکیبی» یا بلوک‌های سازنده‌ی زندگی کدام هستند؟ در زمین، کربن، نیتروژن، اکسیژن و هیدروژن به اضافه فسفر و گوگرد، بلوک‌های سازنده زندگی هستند.شاید کربن مهم‌ترین عضو این گروه باشد. کربن به علت ساختار اتمی بی‌همتایی که دارد، می‌تواند زنجیره‌ها و حلقه‌های طولانی از اتم‌ها تشکیل دهد. بدین ترتیب دیگر عنصرهای اساسی به آن متصل شوند. در نتیجه، تعداد نامتناهی از مولکول‌های مختلف با ویژگی‌های گوناگون شکل می‌گیرد. هر چیز زنده‌ای در زمین، برپایه کربن ایجاد شده است؛ یعنی مجموعه‌ای از رشته‌ها و حلقه‌های کربنی که به «ترکیبات‌آلی» مشهورند، دارد. هیچ عنصر دیگری قابلیت ایجاد زنجیره‌ها و حلقه‌های پایداری که کربن تولید می‌کند را ندارد. تنها عنصری که از نظر تنوع به کربن نزدیک است، سیلیکون است که ساختار اتمی‌ای شبیه به کربن دارد. سیلیکون هنگام ترکیب با اکسیژن، حلقه‌ها و زنجیره‌هایی طولانی تشکیل می‌دهد و پیوند سیلیکون‌ اکسیژن، اساس شیمی مواد معدنی غیرآلی است که سنگ‌ها از آن ساخته شده‌اند. اگر کربن، فقط به علت ساختار اتمی منحصر به فردش، اساس ساختار زندگیِ زمینی باشد، آن‌گاه منطقی است که کربن را منشاء زندگی در دیگر مکان‌های منظومه‌ی ‌خورشیدی یا کیهان نیز بدانیم.زندگی چیست؟قبل از بررسی بیشتر منشأ‌ زندگی زمینی، بهتر است تعریفی از «زندگی» و «موجود‌ زنده» ارائه دهیم. تعریف «زندگی» به سادگی امکان‌پذیر نیست و موضوعی است که پاسخ به آن، نه فقط برای درک چگونگی پیدایش زندگی اهمیت دارد، بلکه از نظر اخلاقی ، معنوی و فلسفی نیز مهم است. اما از چه هنگام، یک سلول یا مولکول، «زنده» محسوب می‌شود؟ در یک فرهنگ لغت، زندگی «دوره بین تولد و مرگ» تعریف شده که اگر چه تعریف درستی است، ولی مفید نیست. شاید توصیف بهتر «زندگی، مجموعه‌ی همه فعالیت‌های گیاه یا حیوان است». در این تعریف، منظور از «فعالیت»، تنفس، تولید ‌مثل، عمل دفع، تحرک، رشد و واکنش در برابر محرک‌های خارجی است. اگرچه این تعریف ساده و آشکار به نظر می‌رسد، استفاده از آن با ابهام همراه است. زیرا بسیاری از مجموعه‌های دیگر نیز برخی از فعالیت‌های گفته شده را دارند. به عنوان مثال با توجه به تعریف بالا، آیا بلور کوارتز موجودی زنده است؟ اگر‌چه بلور کوارتز با ساختن لایه‌های اتمی «رشد» می‌کند، از مواد شیمیایی سازنده خود «تغذیه» می‌کند و با شکسته شدن به بلورهای کوچک‌تر، «تولید‌ مثل» می‌کند، ولی بی‌شک حرکت نمی‌کند، عمل دفع را انجام نمی‌دهد و در برابر محرک‌های خارجی از خود واکنش نشان نمی‌دهد. بنابراین به سادگی می‌توان دید که یک ماده معدنی همچون کوارتز، موجودی زنده‌ نیست. آتش هم ویژگی‌هایی دارد که دشواری تعریف موجود ‌زنده را دو چندان می‌کند: شعله‌ی ‌آتش به اکسیژن نیاز دارد، بنابراین تنفس می‌کند، رشد و حرکت می‌کند، گسترش می‌یابد (تولید ‌مثل‌ می‌کند)، تغذیه می‌کند، از خود گرما می‌دهد (عمل دفع را انجام می‌دهد) و به محرک‌های خارجی نظیر باد پاسخ می‌دهد. با این حال آتش، موجودی «زنده» به معنایی که برای ارگانیزم‌ها به کار می‌رود، نیست. بنابراین، «موجود‌ زنده» باید علاوه بر ویژگی‌های بالا، ویژگی‌های دیگری نیز داشته باشد: علاوه بر رشد کردن، باید قابلیت تحول و علاوه ‌بر واکنش در برابر محرک‌های خارجی، باید قابلیت سازگاری با تغییرات را نیز داشته باشد. بنابراین موجود زنده باید توانایی رشد، تولید ‌مثل، سازگاری و تکامل را داشته باشد.

با توجه به تنوع مکان زندگی این موجودات بر روی زمین، برای جست‌وجوی شکل‌های زندگی در منظومه‌ خورشیدی و فراسوی آن، باید به دنبال مکان‌های مشابه بر روی سیاره‌ها و ماه‌های آن‌ها بگردیم.

محدودیت‌های زندگیپس از برقراری زندگی، پایداری، تولید ‌مثل و تکامل ارگانیزم‌ها مستلزم وجود شرایط مشخصی است. شرایط لازم برای حضور زندگی، به ویژگی‌های فیزیکی عنصرهای سازنده ارگانیزم‌ها بستگی دارد. دمای محدود، به همراه شور و اسیدی بودن آب، از مهم‌ترینِ این شرایط است. زیست‌شناسی بر اساس پیوند بین اتم‌های کربن و وجود آب به‌عنوان محیطی برای جابه‌جایی اتم‌‌‌‌‌‌ها است. بنابراین محدودیت‌های دمایی در مرز پایینی‌اش، نقطه‌ی انجماد آب است (که به فشار و میزان شوری آب بستگی دارد) و در مرز بالایی به پایداری مولکول‌های آلی محدود می‌شود. از هنگام پیدایش زندگی روی زمین تا به امروز، میکروب‌ها در هر محیطی که امکان ادامه زندگی وجود داشته باشد، حضور داشته‌اند. شرایط حاکم بر محیط‌هایی که امکان بقا، رشد و تکامل در آن‌ها به سختی وجود دارد را «پوشش زیست‌شناختی»می‌نامیم. این پارامترها راهنمایی برای جست‌وجوی زندگی در دیگر جاهای منظومه‌ی خورشیدی هستند.زندگی در دیگر جاهااگرچه طرح کلی شکل‌گیری زندگی بر روی زمین از مولکول‌های‌ ساده، تشکیل موکلول‌های پیچیده، تشکیل RNA‌ و در نهایت DNA مشخص است؛ ولی جزییات دقیق شیمیایی، سازوکار‌ها، زمان‌بندی و محل این رشته رویداد‌ها نامشخص است. با استفاده از آرایش ژنتیکی میکروارگانیزم‌ها، می‌توانیم به گذشته‌ی «درخت زندگی» نگاهی بیندازیم تا، اگر نه تمام شاخه‌ی اصلی آن، که دست کم شاخه‌های پایین دستی‌اش را پیدا کنیم. باکتری‌ها کهن‌ترین ارگانیزم‌ها هستند که از ابتدای تاریخ سیاره بر روی زمین گسترده شدند: زمانی که حدود۷۰۰ میلیون سال از تشکیل زمین می‌گذشت. در مدت ۳/۸۵ میلیارد سال بعد، میکروارگانیزم‌ها تقریباً در هر نقطه‌ای که در دسترس‌شان بود، از خشک‌ترین بیابان‌ها در منطقه جنوبگان تا ژرفای کف اقیانوس، از آب‌های اسیدی، گوگردی و جوشان چشمه‌های داغ تا آبفشان‌ها وآتشفشان‌ها زندگی کرده‌اند. با توجه به تنوع مکان زندگی این موجودات بر روی زمین، برای جست‌وجوی شکل‌های زندگی در منظومه‌ خورشیدی و فراسوی آن، باید به دنبال مکان‌های مشابه بر روی سیاره‌ها و ماه‌های آن‌ها بگردیم.زندگی در دیگر مکان‌های منظومه‌ی خورشیدی
هر کاوشی در منظومه‌ی خورشیدی برای پیدا کردن نشانه‌های زندگی در گذشته یا حال، تحت‌تأثیر جست‌وجو برای یافتن آبِ مایع است. گمان می‌شد که «منطقه‌ی سکونت‌پذیر» در اطراف ستاره، ناحیه‌ای باریک است که دمای سطحی سیاره برای مایع ماندن آب روی آن مناسب باشد. در منظومه ‌خورشیدی، فقط زمین چنین ویژگی دارد. مناسب بودن شرایط برای وجود آب مایع را «فرضیه‌ی قفل طلایی» می‌نامند. جایی که شرایط نه خیلی داغ و نه خیلی سرد، درست به اندازه است. حتی در مدل‌های نوین، پهنای HZ در اطراف خورشید و ستاره‌های مشابه دیگر، فقط کمی بیشتر است، یعنی HZ آن قدر بزرگ نمی‌شود که به مریخ یا مشتری برسد. اما هنگامی که به دنبال مکان مناسب برای زندگی بر روی سیاره‌ها یا ماه‌هاشان می‌گردیم، اثرهای دیگری همچون ضخیم بودن جّو یا گرمای ناشی از کشش گرانشی یک سیاره (گرمایش کشندی) هم به حساب می‌آیند.چرا زندگی می‌بایست در دیگر مکان‌ها هم وجود داشته باشد؟اما چه لزومی دارد که آب یا هر ماده‌ی اولیه حیاتی دیگر، در سایر اجرام منظومه‌ی ‌خورشیدی وجود داشته ‌باشد؟ پاسخ این پرسش در مراحل نهایی شکل‌گیری منظومه‌ خورشیدی نهفته است. حدود چهار میلیارد سال پیش، زمین به شدت با دنباله‌دارها و سیارک‌ها بمباران می‌شد. سطح زمین در اثر آن بمباران‌ها از بین رفت. ولی ممکن است اجرام برخورد‌ کننده، به همراه خود آب و ترکیبات‌ آلی را به زمین منتقل کرده و موجب پایدار ‌شدن‌ جّو، تشکیل دریاها و اقیانوس‌ها و فراهم آوردن مواد ‌اولیه زندگی شده‌ باشند و سرانجام با کم شدن تعداد برخوردها، زندگی توانسته بر روی زمین شکل بگیرد. دنباله‌دارها اجسام یخی با ترکیبات ‌آلی هستند. اگر این مواد، با دنباله‌دارها به زمین منتقل شده ‌باشند، ممکن است که همین مواد به سیاره‌های دیگر و ماه‌های آن‌ها نیز رفته باشد. بنابراین ممکن است زندگی به شکل ابتدایی در دیگر اجرام منظومه‌ی ‌خورشیدی یا دیگر مناطق کیهان هم شکل گرفته باشد. در حالی که مطمئن هستیم عطارد، زهره و ماه فاقد زندگی هستند، هرکدام از آن‌ها ویژگی‌هایی دارند که نشان می‌دهد ممکن است روزگاری در تاریخ منظومه‌ی خورشیدی، شرایط برای پیدایش زندگی روی آن‌ها به اندازه کافی مناسب بوده باشد. مدت طولانی‌ای است که مریخ به عنوان میزبان احتمالی زندگی فرازمینی شناخته می‌شود. به‌تازگی ماه‌های گالیه‌ای سیاره مشتری (به ویژه اروپا) به عنوان محل‌های مناسب برای جست‌وجوی آثار زندگی مطرح شده‌اند و تیتان (قمر غول‌پیکر سیاره‌ی زحل) نیز ویژگی‌های مشابه بسیاری با شرایط زمین، پیش از پیدایش زندگی بر روی‌اش را دارد.


منبع:کانوت