Aptinkame molekulines „biožymes“ kitose planetose, bet nėra aišku, ar kuri nors iš jų gali būti vienareikšmiu įrodymu, kad nesame vieni

„Nedžiūgaukite,“ ramina Sara Seager. Ji kalba apie Ji taip atsiliepia apie kitų pasaulių atmosferų stebėjimų numanomus gyvybės signalus, ir jos žodžiai veikia kaip hiperboliškų antraščių atsvaras.

Žinoma, tikrų gyvybės ženklų už Žemės ribų užfiksavimas būtų vertas ne vien didesnio antraščių šrifto. Tai būtų išties labai svarbu. Kadangi pagal šį antraštės požymį ištyrėme tik mažutėlaitę dalį iš milijardų numanomų vien mūsų galaktikos pasaulių, gyvybė turėtų būti visatoje ne retenybė it.

Tai – ir didžia dalimi pats apibrėžimas – paaiškina nuolatinį bombardavimą pasakojimais apie molekulinius kituose pasauliuose užfiksuotas „biožymes“. Vien praėjusį rugsėjį JWST aptiko anglies dvideginį leduotame Jupiterio palydove Europa, kuris atrodo besiskiriantis iš potencialiai gyvybei palankaus poledinio okeano, ir, galbūt, egzoplanetoje K2-18b užfiksuoto dimetilsulfido, medžiagos, kurią Žemėje išskiria tik gyvi padarai. BBC tai pakrikštijo „viliojančiais tolimo pasaulio galimos gyvybės ženklais“.

Norint tokius atradimus išsiaiškinti ir kalibruoti mūsų euforiją antraštėje minima tema, verta perprasti aptiktų biožymų perspektyvumą ir apeiti jų akivarus. Ar jie gali užtikrintai įrodyti gyvybės egzistavimą?

Kalbant apie atmosferos biožymes, astrobiologai omenyje turi iš toli aptinkamas molekules, siejamas su gyvybe Žemėje. Jos randamos, vertinant skirtingų bangos ilgių intensyvumo kitimą, planetai skriejant prieš savo žvaigždės diską, dalį šviesos sugeria planetos atmosfera. Skirtingos molekulės sugeria jos būdingas skirtingų ilgių bangas, tad, jeigu tranzito metu labiau susilpnėja konkretaus dažnio žvaigždės šviesa, tai rodo, kad atmosferoje yra šios medžiagos.

Niekada nebuvome tokioms paieškoms pasiruošę geriau, nei dabar. JWST ne tik gerokai padėjo nagrinėti egzopasaulių chemiją, bet ir išplėtė galimas paieškų lokacijas. Dabar patvirtinta daugiau, nei 5500 įvairiausių tipų pasaulių, daug įvairesnių, nei mūsų planetų sistemoje. Be to, kai kurias progresyviausias kandidates – vidutinio, tarp Žemės ir Neptūno dydžio, uoliniu branduoliu ir vandenilio gausia atmosfera gaubiamais okeanais, planetas, dar vadinamas Hikeano pasauliais – ir tirti gan paprasta.

Ilgai tebuvo ieškoma vandens molekulių. NASA astrobiologijos programa neformaliu savo lozungu pasirinko: „Ieškokit vandens.“ Žinome, kad vanduo būtinas visai Žemės gyvybei, tad, manyta, kad reikėtų ieškoti pasaulių, kurių paviršiuje yra skysto vandens. Iš čia kilo žvaigždės, apie kuria planeta skrieja, „gyvenamos zonos“, kurioje potencialiai gali būti skysto vandens.

Bet tai tik dalis atsakymo. „Darome prielaidą, kad gyvybei būtinas skystis, ir kad daug priežasčių manyti kodėl vanduo galėtų tam tikti geriausiai,“ sako Sarah Hörst, planetologė iš Johns Hopkins universiteto Marylande. „Bet vanduo yra viena iš gausiausių molekulių visatoje.“ Tad, bendrai, jo buvimas už Žemės ribų nei stebina, nei automatiškai nereiškia gyvybės.

Tačiau jo aptikimas mažos, uolinės planetos atmosferoje jau kitas reikalas, pastebi Seager. Kadangi atmosferoje vandens molekules žvaigždės ultravioletinė šviesa suskaidytų, uolinės planetos atmosferoje jis galėtų išlikti tik nuolat papildomas iš paviršinių šaltinių, tarkime, okeanų. Tad, vandens paieškos egzoplanetose gali susiaurinti galimų detalesnių paieškų ratą – bet pats savaime nėra patikima biožymė.

Nežemiškos gyvybės ženklai

Potencialiu gyvybės ženklu ilgai laikytas deguonis. Kadangi tai yra labai aktyvus elementas, didesniais kiekiais atmosferoje išlikti jis irgi galėtų tik nuolat papildomas. Žemėje tai daugiausiai vyksta dėl fotosintezės, kurią atlieka augalai ir bakterijos – kitaip tariant, gyvybė – kas paaiškina, kodėl būtent deguonies labiausiai ieškojo astrobiologai, sako Seager. Tačiau dėl to atsirado žmonių, aiškinančių, kaip jis gali rastis iš geologinių, fotocheminių ar kitų negyvosios gamtos procesų, priduria ji.

O dar yra anglies dvideginis. Jį nesunku priskirti gauti iš nebiologinių procesų, Žemėje jo išsiskiria per akis. Bet šios molekulės aptikimas svarbus kaip ženklas, kad aplinkoje yra anglies, iš kurios gali formuotis sudėtingos organinės molekulės – ir gal net gyvi organizmai, kaip kad anglies pagrindo gyvybė Žemėje. Būtent todėl intriguoja iš poledinio Europos vandenyno burbuliuojantis CO₂. Nemanoma, kad ši medžiagų išliktų stabili Jupiterio palydovo paviršiuje, tad ji turėjo atsirasti santykinai neseniai.

Patikimesnė biožymė būtų pažįstamų dujų kombinacija. Tarkime, deguonis ir metanas chemiškai pusiausviroje atmosferoje negali kartu būti – nes reaguoja tarpusavyje, sudarydami kitus junginius. Koegzistuoti jie gali tik kokiam nors procesui, pavyzdžiui, gyvybei, palaikant jų lygius nepusiausviroje būsenoje. „Manyta, kad jei išvysime deguonį ir metaną kartu, tai būtų labai geras ženklas,“ sako Nikku Madhusudhan, astronomas iš Kembridžo universiteto. Tik bėda, kad visos atmosferos yra kaip nors nepusiausviros, pastebi Hörst, nes jų žvaigždės į jas nuolat pumpuoja energiją. Kad būtų priežastis džiūgauti, reikėtų išvysti planetą, kurioje atmosfera smarkiai nepusiausvira, kaip Žemėje.

Jei mišinyje daugiau molekulių, tikimybė, kad jas sukūrė gyvi organizmai, irgi didėja. Jei uolinės planetos atmosferoje aptiktume, pavyzdžiui, deguonį, metaną ir diazoto monoksidą, „būtų sunku teigti, kad tai nėra gyvybės veiklos pasekmė“, sako Madhusudhan. „[Kaip nors kitaip] sukurti visus tris panašiomis proporcijomis kaip Žemėje, būtų labai sunku.“

Tokio mišinio dar niekas neaptiko. Bet kita, tokia pat iškalbinga biožymė gali būti ir ne tokios įprastos dujos: molekulės, kurias, bent jau Žemėje, gali kurti tik gyvi organizmai.

Viena iš jų yra dimetilsulfidas (DMS), kuris mūsų planetoje į atmosferą patenka kaip kai kurio planktono rūšių metabolizmo šalutinis produktas. Tad suprantamas Madhusudhano ir jo kolegų džiugesys dėl jo aptikimo egzoplanetos K2-18b atmosferoje, už maždaug 124 šviesmečių Liūto žvaigždyne.

Seager sutinka, kad jei šis aptikimas bus patvirtintas, tai bus išties jaudinanti gyvybės užuomina: „Kol kas, būtų sunku paaiškinti DMS kokiu nors kitu būdu.“ Tačiau kol kas džiūgauti per anksti, prideda ji, nes atradimas vis dar labai neužtikrintas. Pirmiausia apie tokias biožymes derėtų klausti ne „ar tai gyvybė?“, o „ar ji tikra?“.

Tokias medžiagas aptikti sudėtinga, ypač aplink raudonąsias nykštukes kaip K2-18 skriejančiose planetose. Kadangi tokios žvaigždės blyškesnės už mūsų Saulę, prieš jas skriejančių planetų sukeltą pritemimą pastebėti lengviau – todėl aplink tokias žvaigždes egzoplanetų ieškoti patogiau. Bet Seager pažymi, kad raudonųjų nykštukių paviršius dažnai būna išmargintas dėmių, dėl ko tokios žvaigždės spektras būna sudėtingesnis netgi neatsižvelgiant į prieš jas skriejančių planetų atmosferas. Lyg to būtų maža, tokiose žvaigždėse dažni žybsniai, galintys iškepti savo planetas, taip dar sumažindami gyvybės perspektyvas.

Tad, biožymų paieška raudonųjų nykštukių sistemose primena pamestų mašinos raktelių ieškojimą po gatvės žibintu: ieškome ne ten, kur didžiausia tikimybė rasti, o ten, kur galime ieškoti.

Visgi Madhusudhanas neabejoja, kad vis viena kažkas pasitaikys. „Žinodamas tai, ką žinau, labai nustebčiau, jei vienos iš tokių molekulių dideliu užtikrintumu kokiame nors Hikeano pasaulyje per ateinančius penkis metus neaptiksime,“ sako jis.

Žinomi nežinomieji

Ar tai reikštų, kad radome gyvybę? „Tai nėra aišku,“ sako jis. Negalime užtikrintai žinoti, kad netgi tokios molekulės, kaip DMS negali atsirasti kaip nors kitaip, nei be gyvų organizmų (žr. „Tai ateiviai! Ar tikrai?“, žemiau). „Vien tai, kad Žemėje jis atsiranda tik biologiškai, nereiškia, kad tai yra vienintelis jo atsiradimo būdas,“ sako Hörst. „Iš tiesų sunku tokį darbą atlikti „negeocentriškai“. Problema yra tai, kad mes tiesiog nepakankamai žinome – ir galbūt niekada nesužinosime – apie K2-18b planetų aplinką, kad galėtume atmesti visas kitas galimybes. Ar ten yra ugnikalnių? Ar yra vandenynas? Ar neseniai jos paviršiun nesirėžė kometa? „Tiesiog neturime visos reikiamos informacijos, kad galėtume modeliuoti egzoplanetų atmosferas,“ sako Hörst.

Cassini misijos vaizdų fiksavimo komandai vadovavusi planetologė Carolyn Porco irgi pritaria atsargiam vertinimui. „Apie visas iki šiol kitur aptiktas medžiagas – nuo tokių paprastų, kaip deguonis, metanas ir CO₂, iki sudėtingesnių, kaip aminorūgštys [aptiktos kai kuriuose meteorituose] – apie šias molekules tegalime pasakyti, kad jos egzistuoja ir mūsų gyvoje planetoje.“ Dėl to „egzoplanetų tyrėjams, norintiems atrasti gyvybę nepasiekiamose planetose, kyla neįmanoma užduotis, nes nemanau, kad jie kada nors cheminę aplinką žinos pakankamai, kad būtų užtikrinti aptiktais gyvybės požymiais pagal identifikuotus komponentus“, prideda ji.

Hörst patirtis su Saturno palydovu Titanu iliustruoja, kaip kontekstinės informacijos trūkumas gali kliudyti mokslui. Kelis dešimtmečius planetologus glumino Titano atmosfera, kurioje daug metano, CO₂ ir anglies monoksido tokiu santykiu, kuris atrodė niekaip nepaaiškinamas. Kai kas kėlė idėjas, kad šios dujos galėjo rastis iš gyvų procesų. „Mums trūko informacijos, kad [kitame Saturno palydove] Encelade vanduo išsviedžiamas į Saturno sistemą,“ sako ji, „ir dalis jo atsiduria Titano atmosferoje, kur jis konvertuojamas į anglies monoksidą.“

„Saulės sistemos bendruomenė seniai bando įspėti egzoplanetų bendruomenę, kad pačios Saulės sistemos istorijoje yra didelių nesusipratimų,“ sako Hörst. „Vos prieš 60 metų rašėme straipsnius apie miškus Veneroje!“

Iš viso to gali susidaryti įspūdis, kad molekulinių biožymų paieška tolimose planetose yra tuščias vargas – ar bent jau ne pats geriausias būdas ieškoti gyvybės už Žemės ribų. „Labai skeptiškai vertinu galimybę rasti vienareikšmius gyvybės požymius už mūsų planetų sistemos ribų naudojant vien nuotolinio tyrimo duomenis [kaip atmosferų spektrai],“ sako Hörst. Tad, be robotinių zondų nusileidimo tokiose vietose kaip Europa ir mikroorganizmų aptikimo sūriuose polediniuose palydovo okeanuose, gyvybės egzistavimo kur nors kitur įrodymai ir toliau bus negalutiniai.

Bet astrobiologai neabejotinų atmosferinių biožymų idėjos neatsisako. Kai kas mano, kad sudėtinguose molekulių mišiniuose būdingų „gyvybės signalų“ galėtume ieškoti, pasitelkdami dirbtinį intelektą.

Tuo tarpu kiti svarsto, kad tam galėtų pasitarnauti „molekulinio sudėtingumo“ matavimai. Tai paremta idėja, kad tam tikrą lygį viršijantį sudėtingumą gali sukurti tik gyvybės procesai. Ši idėja kyla iš platesnio surinkimo teorijos principo, kuris Porco manymu, yra itin perspektyvus. „Šią idėją dar reikia išbandyti, ir dabar ją tikrina planetologų bendruomenė,“ sako ji. „Jai gali kilti sunkumų ateityje, bet dabar, jei būčiau lošėja, statyčiau už surinkimo teoriją.“

Surinkimo teoriją kartu su chemiku Lee Croninu sukūrusi Sara Imari Walker paaiškina, kaip teorijoje naudojamas gyvybės apibrėžiama gali padėti aptikti ją kitose planetose.

Dar viena biožymė, galinti visus įtikinti nežemiškos gyvybės egzistavimu, būtų aptikimas molekulės, kuri būtų tokia keista, kad jos atsiradimo tiesiog negalėtume paaiškinti kaip nors kitaip, nei technologiškai pažangia civilizacija: tai vadinamoji technožymė.

Seager sako, kad vienas tokių molekulių kandidatas būtų daug fluoro turinčios molekulės, tokios, kaip chlorfluorangliavandeniliai (CFC), kuriuos gausiai leidome į atmosferą, kol supratome, kad jie naikina ozono sluoksnį. „Gyvybė beveik niekada nenaudoja fluoro,“ sako ji. Bet mes naudojame, ir ne tik kaip CFC. „Gaminame azoto trifluoridą ir sieros heksafluoridą. Tad, jei [egzoplanetos atmosferoje] išvystume azoto trifluoridą, nudžiugčiau,“ sako Seager.

O kol kas astrobiologai turėtų stengtis nekurstyti visuomenės cinizmo netikrais aliarmais, sako Hörst. „Astronomai rizikuoja tapti apie vilko pasirodymą šaukusiu berniuku,“ sako ji. „Jeigu ir kuomet aptiksime gyvybę kur nors kitur visatoje, tai būtų itin svarbu. Bet kai bendrauju su publika, daug žmonių mano, kad jau atradome gyvybę Marse. Tai mane liūdina.“

Tačiau jei tokio „haipo“ pavyktų išvengti, perspektyvos viliojančios. „Manau, JWST era baigsis daugybe naujų, įdomių tirti planetų“ spėja Hörst. Ar ar pavyks užtikrintai žinoti ar turime kompaniją kosmose – kitas klausimas.

Kaip įrodyti nežemiškos gyvybės atradimą

Remiantis gyvybės kitoje planetoje atradimą skelbti, remiantis vien charakteringų molekulių aptikimu atmosferoje gali būti sunku (žr. pagr. pasakojimą). Bet iš tiesų niekas nesitiki, kad pirmasis nežemiškos gyvybės atradimas bus visiškai aiškus. Tai veikiausiai bus kalba apie tokio teiginio užtikrintumą.

Turėdama tai omenyje, NASA mokslininkų komanda 2021 metais publikai – ir žurnalistams – pasiūlė Užtikrintumo Gyvybės Aptikimu skalę, pagal kurią galima vertinti kiekvieno naujo teiginio patikimumą. Šią idėją įkvėpė tokia skalė, naudojama žymėti tikrą susidūrimo su pro Žemę skriejančiais asteroidais riziką, skirtą išvengti nuolatinių apokaliptinių antraščių apie „artimus nepataikymus“.

NASA komanda siūlo septynių lygių skalę, prasidedančią nuo „signalų, kuriuos gali sukelti biologinė veikla, užfiksavimo“. Kituose lygiuose yra, pavyzdžiui, taršos šaltinių galimybės atmetimas, ir alternatyvaus, nebiologinio paaiškinimo neįtikinamumas. Galutiniam skalės lygiui būtini nepriklausomi biologinės veiklos stebėjimų patvirtinimai in situ – tai pasiekti vien nuotolinio stebėjimo duomenimis neatrodo įmanoma.

Philip Ball
www.newscientist.com