Czy jesteśmy sami we Wszechświecie? – czyli o (nie)wyjątkowości życiaCzas czytania: 16 min

W połowie września 2020 roku ziemskie teleskopy zwróciły się w kierunku Wenus – naszej sąsiedniej planety w Układzie Słonecznym. Impulsem do tego był artykuł opublikowany na łamach „Nature Astronomy”, w którym zwrócono uwagę, że w atmosferze Wenus może występować fosforowodór¹. Obecność tego związku może sugerować istnienie życia na tej planecie, co rzuciłoby nowe światło na problem pochodzenia życia. Zacznijmy jednak od początku.

Co spotkamy na Wenus?

Przede wszystkim trzeba zaznaczyć, że warunki na powierzchni Wenus są niewyobrażalnie niegościnne dla jakiegokolwiek znanego nam życia. Atmosfera składa się w 96% z dwutlenku węgla (CO₂), panująca temperatura przewyższa temperaturę topnienia niektórych metali, gdyż wynosi prawie 500^oC. Chmury składają się ze stężonego kwasu siarkowego(VI), a wiatr wieje z prędkością średnio 250 km/h, co odpowiada stopniowi F3 tornada według skali Fujity, czyli takiego tornada, które bez problemu może wykolejać pociągi czy niszczyć nawet spore budynki. Ciśnienie atmosferyczne podobne jest do tego, które panuje prawie kilometr pod powierzchnią ziemskich oceanów. Mimo tak niegościnnych realiów na powierzchni Wenus, dużo się ostatnio spekuluje na temat potencjalnego życia w atmosferze tej planety – czy jest ono możliwe i czy rzeczywiście znaleźliśmy jego ślady.

Fosforowodór w wenusjańskiej atmosferze

Dwa ziemskie teleskopy, ALMA i JCMT, niezależnie od siebie, z pomocą metod spektroskopowych wykryły w atmosferze Wenus częstotliwości promieniowania, które wskazują na obecność w niej fosforowodoru (nazywanego również fosfiną), czyli prostego związku chemicznego o wzorze PH₃. Zagęszczenie cząsteczek tego związku w wenusjańskiej atmosferze może nie jest ogromne, jednak wystarczające, aby budziło zastanowienie. Szczególnie że ‒ zgodnie z obecnym stanem wiedzy ‒ fosforowodór nie powstaje w znanych współczesnej nauce przypadkowych procesach nieorganicznych.

Fosforowodór może powstać między innymi w reakcjach hydrolizy fosforków metali czy w reakcjach kwasów z takimi fosforkami, jak i przez rozkład jodku fosfoniowego. Przykłady takich reakcji przedstawione są w tabeli 1.

Tabela 1: Przykładowe reakcje nieorganiczne powstawania fosforowodoru
Źródło: Opracowanie własne

Problem z powyższymi przykładami polega na tym, że reakcje te przebiegają wyłącznie w warunkach laboratoryjnych, a nawet gdyby możliwe były samoistne reakcje tego typu, to w wenusjańskiej atmosferze musiałyby się znajdować wszystkie substraty i produkty takich reakcji, gdyż obecnie nie znamy metod samoczynnego powstania fosforowodoru. Istnieje mnóstwo szlaków chemicznej syntezy tego związku i wszystkie te przykłady są rozważane przez autorów wspomnianego artykułu w ich kolejnej pracy składającej się z dwóch części². Autorzy przez mniej więcej 100 stron rozważają różne możliwości syntezy fosforowodoru w kontekście warunków na Wenus i dochodzą do konkluzji, że żaden ze znanych nauce nieorganicznych procesów powstawania fosfiny nie wyjaśnia obecności tak znaczących pokładów fosforowodoru w wenusjańskiej atmosferze. Według aktualnego stanu wiedzy, powstawanie fosforowodoru w warunkach naturalnych przebiega wyłącznie na drodze procesów organicznych, dlatego też jego obecność w atmosferze Wenus może wskazywać na istnienie organizmów żywych.

Dodatkowym i bardzo istotnym elementem tych rozważań jest fakt, że fosforowodór w wenusjańskiej atmosferze powinien być utleniany przez stężony kwas siarkowy(VI) tworzący tamtejsze chmury. Mimo to PH₃ utrzymuje się na stosunkowo stałym poziomie, co sugeruje jego ciągłe powstawanie. Jednak wybuchy wulkanów czy wyładowania elektryczne, które mogłyby stanowić potencjalne źródło fosforowodoru, nie byłyby w stanie wytworzyć go w tak znacznej ilości i przede wszystkim utrzymywać jego stężenia w atmosferze. Hipotetyczne powstawanie PH₃ wskutek reakcji fotochemicznych również nie jest wystarczającym wyjaśnieniem, gdyż wiatr słoneczny nie dociera do obszarów, gdzie zaobserwowano obecność tego związku. Niemniej sami odkrywcy tego zjawiska twierdzą, że tajemnica fosforowodoru w atmosferze Wenus może zostać wyjaśniona przez nieznane dotychczas mechanizmy nieorganicznego powstawania tego związku³.

Inne argumenty za potencjalnym życiem na Wenus

Za prawdziwością przypuszczenia, że w chmurach Wenus mają miejsce procesy biologiczne, przemawiają również inne obserwacje. Jednym z bardziej istotnych faktów jest występowanie w wenusjańskiej atmosferze siarkowodoru [H₂S] oraz dwutlenku siarki(IV) [SO₂], które ze sobą reagują, ale z niewyjaśnionego powodu siarkowodoru jest więcej niż powinno wynikać z praw chemicznej równowagi. W atmosferze Wenus znaleźć można również siarczek karbonylu [OCS], który jest trudny do uzyskania na drodze naturalnych przemian nieorganicznych⁴. Dodatkowo fosforowodór w atmosferze Wenus nie jest rozmieszczony w sposób jednolity, ale w pasach równoleżnikowych, szczególnie gęsto najbliżej równika, co teoretycznie wyklucza przypadkowe zjawiska naturalne⁵. Zwiększa to prawdopodobieństwo obecności na Wenus organizmów żywych, które rozwijają się w najkorzystniejszych dla siebie warunkach. Choć tamto środowisko jest bardzo niekorzystne dla rozwiniętego życia, to jednak w biologii znane są organizmy ‒ nazywane ekstremofilami⁶ ‒ potrafiące przetrwać nawet w skrajnie niekorzystnych warunkach środowiskowych. Istnieje więc możliwość istnienia wenusjańskich ekstremofili w atmosferze tej planety, jednak musiałyby się one wykazywać jeszcze większą odpornością na działanie niekorzystnych warunków niż te, które są na Ziemi.

Warto wspomnieć, że hipoteza życia w atmosferze Wenus pojawiła się już w 1967 roku za sprawą Carla Sagana oraz Harolda Morowitza⁷. Ich spekulacje podparte były wiedzą na temat składu i właściwości fizykochemicznych atmosfery Wenus. Skupiali się między innymi na obecności pary wodnej, tlenku węgla(IV), panującej temperaturze czy ilości docierającego światła słonecznego na wysokości kilkudziesięciu kilometrów nad powierzchnią planety. Zespół naukowców w 2018 roku doprecyzował, że warunki sprzyjające prymitywnym formom życia występują od wysokości 47,5‒50,5 km, czyli dolnych warstw chmur⁸. W obserwacjach z 2020 roku teleskopy namierzyły wspomniany fosforowodór na wysokości około 55 km, czyli na której warunki są znacznie bardziej zbliżone do tych, które panują na Ziemi⁹. Warunki na Ziemi są bowiem odpowiednie do powstania życia, co jest nie tylko argumentem za precyzyjnym dostrojeniem Wszechświata, ale również stanowi wartości referencyjne, które są wyznacznikiem dla poszukiwań życia w przestrzeni kosmicznej. Wenusjańska atmosfera wykazuje warunki podobne do ziemskich, jednak w chmurach tej planety nie ma stałej powierzchni, na której mogłoby rozwinąć się złożone życie. Z kolei Mars ma zbyt rozrzedzoną atmosferę oraz trudno znaleźć tam wodę w stanie ciekłym, co także eliminuje Czerwoną Planetę jako hipotetyczne środowisko do życia. Poszukiwania śladów życia nie ograniczają się oczywiście wyłącznie do Układu Słonecznego, jednak żadna dotychczas poznana planeta nie jest tak wyjątkowo i doskonale przystosowana do życia jak Ziemia. Jej precyzyjne dostrojenie przejawia się nie tylko w tym, że warunki na niej panujące są przyjazne dla powstania i rozwoju życia, ale także do zaawansowanego rozwoju cywilizacji¹⁰.

(Nie)wyjątkowość życia

Jeśli na Wenus faktycznie istnieje życie, to powinno wzbudzać zachwyt nie tylko ze względu na warunki, w jakich może przetrwać, ale również ze względu na reakcje chemiczne, jakie mogą zajść. Jeśli jednak jest inaczej i na Wenus nie występuje życie, to jeszcze bardziej należałoby docenić bioróżnorodność występującą na Ziemi. Kwestia potencjalnego życia na Wenus pozostaje niewyjaśniona, a powodów obecności fosforowodoru w atmosferze tej planety może być wiele, podobnie jak spekulacji na ten temat. Zjawisko to wymaga jednak dalszych badań, weryfikacji danych statystycznych, a nawet misji bioastronomicznych, przyszłość zaś na pewno przyniesie nowe obserwacje i wyniki badań. Bez względu jednak na to, czy życie na Wenus istnieje, czy nie, doniesienia o fosforowodorze i idące za tym śmiałe hipotezy skłaniają do refleksji nad pochodzeniem i rozwojem życia, a szczególnie nad jego wyjątkowością.

Trzy miesiące przed odkryciami dotyczącymi Wenus, na łamach „The Astrophysical Journal” pojawił się artykuł przedstawiający możliwość, że Drogę Mleczną zamieszkuje prawdopodobnie około 36 wysokorozwiniętych cywilizacji¹¹. Liczba ta jest jednak wyłącznie wynikiem matematycznych spekulacji, a nie poszlak empirycznych. Oczekiwania są ogromne, ale rzeczywistość jest zgoła odmienna, gdyż mimo długoletniego badania Kosmosu, a szczególnie niektórych obszarów naszej Galaktyki, nie znaleziono nawet prymitywnych form życia. Warto jednak zaznaczyć, że prawdopodobieństwo znalezienia w Kosmosie wysokorozwiniętej cywilizacji jest znacznie mniejsze niż wykrycie jakiejkolwiek formy życia. Mamy tutaj do czynienia z paradoksem Fermiego, czyli sprzecznością pomiędzy wysokimi szacunkami dotyczącymi prawdopodobieństwa istnienia pozaziemskich cywilizacji a brakiem empirycznych śladów ich istnienia¹².

Ekspansja życia

Nie ma żadnych świadectw, że obliczenia dotyczące wysokorozwiniętych cywilizacji w naszej Galaktyce są zgodne ze stanem rzeczywistym. Podobnie nie ma też wiarygodnych danych, że na Wenus istnieje jakiekolwiek prymitywne życie, są to wyłącznie spekulacje oparte na obecnej wiedzy chemicznej i z pewnością wymagają dalszych badań. Niemniej panujący dyskurs skłania do zastanowienia się, czy faktycznie żyjemy na wyjątkowej planecie, czy jednak nie jesteśmy sami we Wszechświecie. Życie, nawet prymitywne, bywa bowiem uznawane nie jako coś wyjątkowego, ale jako powtarzalna i naturalna część ewolucji na planetach podobnych do Ziemi¹³. Obecna wiedza naukowa nie jest jednak w stanie tego wykazać między innymi dlatego, że nie posiada odpowiednich narzędzi. Uznawanie, że życie jest powszechne we Wszechświecie, wiąże się z przyjęciem jednej z hipotez – panspermii (ekspansji życia) lub abiogenezy (spontanicznego powstawania życia). Obie hipotezy są bardzo ciekawe, ale i obie wydają się równie mało prawdopodobne.

Panspermia jest hipotezą, według której życie rozprzestrzenia się w Kosmosie między innymi dzięki naturalnym procesom (np. poprzez meteoryty). Zwolennikiem tej hipotezy był wybitny kosmolog i astrofizyk Fred Hoyle¹⁴. Zwolennicy panspermii przytaczają również istotne argumenty, takie jak potencjalne pozostałości marsjańskich bakterii, nieznane białko w meteorycie czy pozaziemski materiał genetyczny¹⁵. W świetle tej hipotezy potencjalne życie na Wenus mogło się pojawić wskutek kolizji z młodą Ziemią kilka miliardów lat temu lub jako wynik ekspansji życia za pomocą meteorytów. Stanowisko to nie wyklucza również hipotezy, że życie z Kosmosu mogło przywędrować również na Ziemię. Koncepcja panspermii nie wyjaśnia jednak natury początków życia, czyli kwestii kluczowej zarówno dla całej biologii ewolucyjnej, jak i dla astrobiologii. Próby wyjaśnienia powstania życia podejmuje jednak hipoteza abiogenezy.

Spontaniczne powstawanie życia

W świetle abiogenezy, życie może powstawać samoistnie na różnych planetach, w odpowiednim środowisku, wskutek przypadkowego łączenia się odpowiednich pierwiastków chemicznych. Mówi o tym hipoteza „pierwotnej zupy”, w której miały się znajdować wszystkie chemiczne składniki potrzebne do powstania życia¹⁶. Z pierwiastków wskutek reakcji chemicznych miałyby powstać proste związki chemiczne, które następnie ewoluowałyby aż do polipeptydów i polinukleotydów. Te zaś związki miałyby tworzyć organiczne systemy polimolekularne i koacerwaty, które następnie miałyby doprowadzić do powstania pierwszych praorganizmów poprzez różne przemiany i reakcje chemiczne¹⁷.

W kontekście abiogenezy nie sposób nie wspomnieć o niedawnym odkryciu polskiego zespołu badawczego, którego praca ukazała się na łamach „Science” i skłoniła do kolejnych refleksji na temat natury początków życia na Ziemi. Przedstawiają oni „drzewo początków życia”, czyli komputerową symulację przemian chemicznych, które mogły mieć miejsce przed powstaniem życia¹⁸. Program komputerowy wynalazł również nowe szlaki przemian, które nie były znane chemikom, jednak zostały przez nich potwierdzone doświadczalnie, dlatego uznano je za wiarygodne i prawdopodobne. Problem z przedstawioną abiogenezą komputerową jest jednak taki, że nie wykazuje powstania życia, a jedynie związków powiązanych z życiem (np. glicyna, uracyl). Jest to zdecydowanie zbyt mało, aby stwierdzić, że wykazano samoistne powstawanie życia. Problemu nie stanowi jednak wyłącznie ograniczona liczba przeprowadzonych symulacji, ale samo małe prawdopodobieństwo abiogenezy. Życie jest bowiem zbyt złożone, aby powstało samoistnie, a także zbyt uporządkowane, aby było wynikiem przypadkowych procesów.

Złożoność życia

Każda żywa komórka składa się z błony komórkowej oraz organelli krążących w cytozolu, a także w szczególności z materiału genetycznego w postaci RNA lub DNA. W samej błonie komórkowej znajdują się tysiące białek receptorowych lub transportowych, które mają odpowiednią konformację oraz pełnią właściwe dla siebie funkcje. Ich budowa i przeznaczenie wydają się przemyślane i zaplanowane. Są ku temu znaczące powody, między innymi fakt, że aby powstało funkcjonalne białko, potrzeba instrukcji w postaci materiału genetycznego zawierającego informację o budowie białek. Informacja zawarta w kwasach nukleinowych przypomina kodowanie cyfrowe i daje mocne podstawy do wnioskowania, że w powstaniu DNA miała udział inteligencja¹⁹. Łańcuch DNA nie może więc być wynikiem przypadkowych procesów, gdyż posiada wyspecyfikowaną informację wyrażoną w języku cyfrowym, którego odczytanie pozwala utworzyć funkcjonalne białko. Obecne są również dodatkowe mechanizmy kontrolne, na przykład w przypadku spontanicznej lub enzymatycznej deaminacji cytozyny do uracylu mechanizmy naprawy DNA (enzymy – glikozylazy) potrafią usunąć niepotrzebny uracyl z nici DNA²⁰. Takie skoordynowane działanie wielu procesów, nienaganna organizacja oraz dostrojenie pracy poszczególnych układów, a także obecność systemów nieredukowalnie złożonych w komórkach świadczą, że DNA nie mogło powstać na drodze przypadkowych procesów chemicznych, a nawet gdyby powstała nić podobna do DNA, żadne losowe mechanizmy nie byłyby w stanie zaprogramować w niej sensownej informacji pozwalającej na biosyntezę funkcjonalnego białka. DNA jest zatem dobrze zaprojektowaną złożoną strukturą²¹.

Hipoteza abiogenezy zawiera więc sporo luk. Panspermia zaś nie wyjaśnia natury początków życia. Jeśli spekulacje dotyczące prymitywnego życia na Wenus okazałyby się prawdziwe, należałoby znaleźć wiarygodne wyjaśnienie takich zjawisk. Jednak taka perspektywa wydaje się bardzo odległa, a wspomniane odkrycia wymagają dalszych badań²².

Bartosz Bagrowski

Źródło zdjęcia: Pixabay

Ostatnia aktualizacja strony: 31.12.2020

Literatura: