Astrobiologi: sejarah, objek studi dan pentingnya

Astrobiology atau exobiology adalah cabang dari biologi yang berhubungan dengan asal-usul, distribusi dan dinamika kehidupan dalam konteks dari kedua planet kita, sebagai seluruh alam semesta. Kita dapat mengatakan kemudian, bahwa sebagai ilmu astrobiologi adalah untuk alam semesta, apa biologi untuk planet Bumi.

Karena spektrum aksi astrobiologi yang luas, ilmu-ilmu lain berkumpul di dalamnya seperti: fisika, kimia, astronomi, biologi molekuler, biofisika, biokimia, kosmologi, geologi, matematika, komputasi, sosiologi, antropologi, arkeologi, dan lain-lain.

Gambar 1. Interpretasi artistik dari hubungan antara kehidupan dan eksplorasi ruang angkasa. Sumber: NASA / Cheryse Triano

Astrobiologi memandang kehidupan sebagai fenomena yang bisa “universal”. Ini berkaitan dengan kemungkinan konteks atau skenario mereka; persyaratan dan kondisi minimumnya; proses yang terlibat; prosesnya yang luas; antara topik lainnya. Ini tidak terbatas pada kehidupan cerdas, tetapi mengeksplorasi setiap jenis kehidupan yang mungkin.

Indeks artikel

Sejarah astrobiologi

Sejarah astrobiologi mungkin berawal dari awal umat manusia sebagai spesies dan kemampuannya untuk mempertanyakan dirinya sendiri tentang kosmos dan kehidupan di planet kita. Dari situlah muncul penglihatan dan penjelasan pertama yang masih ada dalam mitos banyak orang saat ini.

Visi Aristotelian

Visi Aristotelian menganggap Matahari , Bulan, planet dan bintang lainnya, sebagai bola sempurna yang mengorbit kita, membuat lingkaran konsentris di sekitar kita.

Visi ini merupakan caral geosentris alam semesta dan merupakan konsepsi yang menandai umat manusia selama Abad Pertengahan . Mungkin tidak masuk akal saat itu, pertanyaan tentang keberadaan “penghuni” di luar planet kita.

Pemandangan Copernicus

Pada Abad Pertengahan , Nicolás Copernicus mengusulkan caral heliosentrisnya, yang menempatkan Bumi sebagai satu planet lagi, yang berputar mengelilingi matahari.

Pendekatan ini sangat mempengaruhi cara memandang seluruh alam semesta dan bahkan melihat diri kita sendiri, karena menempatkan kita di tempat yang mungkin tidak “istimewa” seperti yang kita pikirkan. Kemungkinan keberadaan planet lain yang mirip dengan kita dan, dengan itu, kehidupan yang berbeda dari yang kita kenal, kemudian terbuka.

Gambar 2. Sistem Heliosentris Copernicus. Sumber: Domain publik, melalui Wikimedia Commons

Ide pertama tentang kehidupan di luar bumi

Penulis dan filsuf Prancis, Bernard le Bovier de Fontenelle, pada akhir abad ke-17 telah mengusulkan bahwa kehidupan bisa ada di planet lain.

Pada pertengahan abad ke-18, banyak sarjana yang terkait dengan Pencerahan menulis tentang kehidupan di luar bumi. Bahkan para astronom terkemuka saat itu, seperti Wright, Kant, Lambert, dan Herschel, berasumsi bahwa planet, bulan, dan bahkan komet dapat dihuni.

Beginilah abad kesembilan belas dimulai dengan mayoritas ilmuwan akademis, filsuf dan teolog, berbagi keyakinan tentang keberadaan kehidupan di luar bumi di hampir semua planet. Ini dianggap sebagai asumsi yang masuk akal pada saat itu, berdasarkan pemahaman ilmiah yang berkembang tentang kosmos.

Perbedaan besar antara benda langit tata surya (mengenai komposisi kimianya, atmosfer , gravitasi, cahaya dan panas), diabaikan.

Namun, ketika kekuatan teleskop meningkat dan dengan munculnya spektroskopi, para astronom dapat mulai memahami kimia atmosfer planet terdekat. Dengan demikian, dapat dikesampingkan bahwa planet-planet terdekat dihuni oleh organisme yang mirip dengan yang terestrial.

Objek studi astrobiologi

Astrobiologi berfokus pada studi pertanyaan-pertanyaan dasar berikut:

  • Apa itu hidup?
  • Bagaimana kehidupan muncul di Bumi?
  • Bagaimana kehidupan berevolusi dan berkembang?
  • Apakah ada kehidupan di tempat lain di alam semesta?
  • Apa masa depan kehidupan di Bumi dan di tempat lain di alam semesta, jika itu ada?

Banyak pertanyaan lain muncul dari pertanyaan-pertanyaan ini, semuanya terkait dengan objek studi astrobiologi.

Mars sebagai caral untuk studi dan eksplorasi ruang angkasa

Planet merah, Mars , telah menjadi benteng terakhir hipotesis kehidupan di luar bumi dalam tata surya. Ide adanya kehidupan di planet ini, awalnya berasal dari pengamatan yang dilakukan oleh para astronom pada akhir abad kesembilan belas dan awal abad kedua puluh.

Mereka berpendapat bahwa tanda di permukaan Mars sebenarnya adalah saluran yang dibangun oleh populasi organisme cerdas. Pola-pola ini sekarang dianggap sebagai produk angin.

Misi Mariner dan perubahan paradigma

Pesawat luar angkasa Mariner mencontohkan zaman ruang angkasa yang dimulai pada akhir 1950-an. Era ini memungkinkan untuk secara langsung memvisualisasikan dan memeriksa permukaan planet dan bulan di dalam tata surya; sehingga mengesampingkan klaim bentuk kehidupan luar angkasa multiseluler dan mudah dikenali di tata surya.

Pada tahun 1964 misi Mariner 4 NASA mengirim foto-foto close-up pertama permukaan Mars, menunjukkan planet yang pada dasarnya sepi.

Namun, misi berikutnya ke Mars dan planet-planet luar memungkinkan pandangan terperinci dari tubuh-tubuh itu dan bulan-bulannya dan, terutama dalam kasus Mars, sebagian pemahaman tentang sejarah awal mereka.

Dalam berbagai pengaturan luar angkasa, para ilmuwan menemukan lingkungan yang tidak berbeda dengan lingkungan yang dihuni di Bumi.

Kesimpulan terpenting dari misi luar angkasa pertama ini adalah penggantian asumsi spekulatif dengan bukti kimia dan biologi, yang memungkinkannya untuk dipelajari dan dianalisis secara objektif.

Apakah ada kehidupan di Mars? Misi Viking

Dalam contoh pertama, hasil misi Mariner mendukung hipotesis tidak adanya kehidupan di Mars. Namun, kita harus mempertimbangkan bahwa kehidupan makroskopik sedang dicari. Misi berikutnya telah meragukan tidak adanya kehidupan mikroskopis.

Gambar 3. Penyelidikan orbit dan terestrial dari misi Viking. Sumber: Don Davis [Domain publik], melalui Wikimedia Commons

Sebagai contoh, dari tiga eksperimen yang dirancang untuk mendeteksi kehidupan, yang dilakukan oleh wahana misi Viking , dua di antaranya positif dan satu negatif.

Meskipun demikian, sebagian besar ilmuwan yang terlibat dalam percobaan penyelidikan Viking setuju bahwa tidak ada bukti kehidupan bakteri di Mars dan hasilnya secara resmi tidak meyakinkan.

Gambar 4. Landing probe (Pendarat) dari misi Viking. Sumber: NASA / JPL-Caltech / University of Arizona [Domain publik], melalui Wikimedia Commons

Misi Beagle 2, Pendarat Kutub Mars

Menyusul hasil misi Viking yang kontroversial , Badan Antariksa Eropa (ESA) meluncurkan misi Mars Express pada tahun 2003 , yang dirancang khusus untuk studi eksobiologi dan geokimia.

Misi ini termasuk penyelidikan yang disebut Beagle 2 (homonim untuk kapal tempat Charles Darwin bepergian ), yang dirancang untuk mencari tanda-tanda kehidupan di permukaan Mars yang dangkal.

Sayangnya, wahana ini kehilangan kontak dengan Bumi dan tidak dapat menjalankan misinya dengan memuaskan. Nasib serupa pernah dialami wahana NASA ” Mars Polar Lander ” pada 1999.

Misi Phoenix

Setelah upaya yang gagal ini, pada Mei 2008, misi Phoenix NASA mencapai Mars, memperoleh hasil yang luar biasa hanya dalam 5 bulan. Tujuan penelitian utamanya adalah eksobiologi, iklim dan geologi.

Probe ini mampu menunjukkan adanya:

  • Salju di atmosfer Mars.
  • Air berupa es di bawah lapisan atas planet ini.
  • Tanah dasar dengan pH antara 8 dan 9 (setidaknya di daerah yang dekat dengan turunan).
  • Air cair di permukaan Mars di masa lalu

Penjelajahan Mars terus berlanjut

Eksplorasi Mars berlanjut hari ini, dengan instrumen robot berteknologi tinggi. Misi Rovers (MER-A dan MER-B) telah memberikan bukti yang mengesankan bahwa ada aktivitas air di Mars.

Misalnya, bukti air tawar, mata air mendidih , atmosfer padat dan siklus air aktif telah ditemukan .

Gambar 5. Gambar Rover MER-B (Opportunity) di permukaan Mars. Sumber: NASA / JPL / Cornell University, Maas Digital LLC [Domain publik], melalui Wikimedia Commons

Di Mars, bukti telah diperoleh bahwa beberapa batuan telah dibentuk dengan adanya air cair, seperti Jarosite, yang terdeteksi oleh Rover MER-B ( Opportunity ), yang aktif dari tahun 2004 hingga 2018.

Rover MER-A ( Curiosity ) telah diukur fluktuasi musiman di metana, yang selalu terkait dengan aktivitas biologis (data yang diterbitkan pada tahun 2018 dalam jurnal Science). Ia juga menemukan molekul organik seperti tiofena, benzena, toluena, propana, dan butana.

Gambar 6. Fluktuasi musiman tingkat metana di Mars, diukur dengan Rover MER-A (Curiosity). Sumber: NASA / JPL-Caltech

Ada air di Mars

Meskipun permukaan Mars saat ini tidak ramah, ada bukti jelas bahwa di masa lalu, iklim Mars memungkinkan air cair, bahan penting untuk kehidupan seperti yang kita kenal, menumpuk di permukaan.

Data Rover MER-A ( Curiosity ) mengungkapkan bahwa ribuan juta tahun, sebuah danau di dalam kawah Gale, mengandung semua bahan yang diperlukan untuk kehidupan, termasuk bahan kimia dan sumber energi.

meteorit Mars

Beberapa peneliti menganggap meteorit Mars sebagai sumber informasi yang baik tentang planet ini, bahkan menunjukkan bahwa ada molekul organik alami dan bahkan mikrofosil bakteri. Pendekatan-pendekatan ini menjadi bahan perdebatan ilmiah.

Gambar 7. Tampilan mikroskopis struktur internal meteorit ALH84001, menunjukkan struktur yang mirip dengan basil. Sumber: NASA [Domain publik], melalui Wikimedia Commons

Meteorit dari Mars ini sangat langka dan mewakili satu-satunya sampel planet merah yang dapat dianalisis secara langsung.

Panspermia, meteorit, dan komet

Salah satu hipotesis yang mendukung studi meteorit (dan juga komet) disebut panspermia . Ini terdiri dari asumsi bahwa di masa lalu kolonisasi Bumi terjadi, oleh mikroorganisme yang masuk ke dalam meteorit ini.

Saat ini juga ada hipotesis yang menyatakan bahwa air terestrial berasal dari komet yang membombardir planet kita di masa lalu. Selain itu, diyakini bahwa komet-komet ini mungkin membawa serta molekul-molekul primal, yang memungkinkan perkembangan kehidupan atau bahkan kehidupan yang sudah berkembang bersarang di dalamnya.

Baru-baru ini, pada September 2017, Badan Antariksa Eropa (ESA) berhasil menyelesaikan misi Rosseta yang diluncurkan pada 2004. Misi ini terdiri dari penjelajahan komet 67P/Churyumov-Gerasimenko dengan wahana Philae yang mencapai dan mengorbitnya, untuk kemudian turun. Hasil dari misi ini masih dalam penelitian.

Pentingnya astrobiologi

paradoks Fermi

Dapat dikatakan bahwa pertanyaan awal yang memotivasi studi Aastrobiologi adalah: Apakah kita sendirian di alam semesta?

Di Bima Sakti saja ada ratusan miliar sistem bintang. Fakta ini, ditambah dengan usia alam semesta, menunjukkan bahwa kehidupan seharusnya menjadi fenomena umum di galaksi kita.

Di sekitar topik ini, pertanyaan yang diajukan oleh fisikawan pemenang Hadiah Nobel Enrico Fermi terkenal: “Di mana semua orang?”, Yang ia rumuskan dalam konteks makan siang, di mana fakta bahwa galaksi harus penuh dibahas tentang kehidupan.

Pertanyaan tersebut akhirnya memunculkan Paradoks yang menyandang namanya dan yang berbunyi sebagai berikut:

“Keyakinan bahwa alam semesta mengandung banyak peradaban berteknologi maju, dikombinasikan dengan kurangnya bukti pengamatan kita untuk mendukung pandangan itu, tidak konsisten.”

Program SETI dan Pencarian Intelijen Luar Bumi

Salah satu jawaban yang mungkin untuk paradoks Fermi adalah bahwa peradaban yang kita pikirkan sebenarnya ada, tetapi kita belum mencarinya.

Pada tahun 1960, Frank Drake bersama dengan astronom lainnya memulai program Search for Extraterrestrial Intelligence (SETI).

Program ini telah melakukan upaya bersama dengan NASA, dalam mencari tanda-tanda kehidupan di luar bumi, seperti sinyal radio dan gelombang mikro. Pertanyaan tentang bagaimana dan di mana mencari tanda-tanda ini telah membawa kemajuan besar di banyak cabang ilmu pengetahuan.

Gambar 8. Teleskop radio yang digunakan oleh SETI di Arecibo, Puerto Rico. Sumber: JidoBG [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], dari Wikimedia Commons

Pada tahun 1993 Kongres AS membatalkan pendanaan untuk NASA untuk tujuan ini, sebagai akibat dari kesalahpahaman tentang arti dari pencarian tersebut. Saat ini proyek SETI dibiayai dengan dana swasta.

Proyek SETI bahkan telah menelurkan film-film Hollywood, seperti Contact yang dibintangi aktris Jodie Foster dan terinspirasi dari novel dengan judul yang sama yang ditulis oleh astronom terkenal dunia Carl Sagan.

persamaan Drake

Frank Drake memperkirakan jumlah peradaban dengan keterampilan komunikasi, menggunakan ungkapan yang menyandang namanya:

N = R * xf p xn e xf l xf i xf c x L

Dimana N mewakili jumlah peradaban dengan kemampuan untuk berkomunikasi dengan Bumi dan dinyatakan sebagai fungsi dari variabel lain seperti:

  • R* : laju pembentukan bintang yang mirip dengan matahari kita
  • f p : fraksi sistem bintang ini dengan planet
  • n e : jumlah planet mirip Bumi per sistem planet
  • f l : bagian dari planet-planet ini di mana kehidupan berkembang
  • f i : pecahan di mana kecerdasan muncul
  • f c : fraksi planet yang cocok secara komunikasi
  • L : harapan akan “kehidupan” peradaban ini.

Drake merumuskan persamaan ini sebagai alat untuk “mengukur” masalah, bukan sebagai unsur untuk membuat perkiraan konkret, karena banyak istilahnya sangat sulit untuk diperkirakan. Namun, ada konsensus bahwa jumlah yang cenderung dilemparnya besar.

Skenario baru

Perlu dicatat bahwa ketika persamaan Drake dirumuskan, hanya ada sedikit bukti untuk planet dan bulan di luar tata surya kita (eksoplanet). Pada 1990-an bukti pertama exoplanet muncul.

Gambar 9. Teleskop Kepler. Sumber: NASA [Domain publik], melalui Wikimedia Commons

Misalnya, misi Kepler NASA mendeteksi 3.538 kandidat planet ekstrasurya, yang setidaknya 1.000 di antaranya dianggap berada di “zona layak huni” sistem yang sedang dipertimbangkan (jarak yang memungkinkan keberadaan air cair).

Astrobiologi dan eksplorasi ujung bumi

Salah satu keunggulan astrobiologi adalah bahwa astrobiologi telah mengilhami, sebagian besar, keinginan untuk menjelajahi planet kita sendiri. Ini dengan harapan pemahaman dengan analogi operasi kehidupan di pengaturan lain.

Sebagai contoh, studi tentang lubang hidrotermal di dasar laut telah memungkinkan kita untuk mengamati, untuk pertama kalinya, kehidupan yang tidak terkait dengan fotosintesis . Artinya, studi ini menunjukkan kepada kita bahwa mungkin ada sistem di mana kehidupan tidak bergantung pada sinar matahari, yang selalu dianggap sebagai kebutuhan yang sangat diperlukan.

Hal ini memungkinkan kita untuk mengandaikan kemungkinan skenario kehidupan di planet di mana air cair dapat diperoleh, tetapi di bawah lapisan es yang tebal, yang akan mencegah datangnya cahaya ke organisme.

Contoh lain adalah studi tentang lembah kering Antartika . Di sana mereka memperoleh bakteri fotosintetik yang bertahan hidup terlindung di dalam batu (bakteri endolitik).

Dalam hal ini, batu berfungsi baik sebagai penopang maupun sebagai perlindungan terhadap kondisi tempat yang merugikan. Strategi ini juga telah terdeteksi di dataran garam dan sumber air panas.

Gambar 10. Lembah Kering McMurdo di Antartika, salah satu tempat di Bumi yang paling mirip dengan Mars. Sumber: Departemen Luar Negeri AS dari Amerika Serikat [Domain publik], melalui Wikimedia Commons

Perspektif astrobiologi

Pencarian ilmiah untuk kehidupan di luar bumi sejauh ini tidak berhasil. Tapi itu menjadi lebih dan lebih canggih, karena penelitian astrobiologi menghasilkan pengetahuan baru. Dekade berikutnya dari eksplorasi astrobiologi akan melihat:

  • Upaya yang lebih besar untuk menjelajahi Mars dan bulan-bulan es Jupiter dan Saturnus.
  • Kemampuan yang belum pernah terjadi sebelumnya untuk mengamati dan menganalisis planet ekstrasurya.
  • Potensi yang lebih besar untuk merancang dan mempelajari bentuk kehidupan yang lebih sederhana di laboratorium.

Semua kemajuan ini tidak diragukan lagi akan meningkatkan kemungkinan kita menemukan kehidupan di planet mirip Bumi. Tapi mungkin, kehidupan di luar bumi tidak ada atau tersebar di seluruh galaksi, sehingga kita hampir tidak memiliki kesempatan untuk menemukannya.

Bahkan jika skenario terakhir benar, penelitian dalam astrobiologi semakin memperluas perspektif kita tentang kehidupan di Bumi dan tempatnya di alam semesta.

Referensi

  1. Chela-Flores, J. (1985). Evolusi sebagai fenomena kolektif. Jurnal Biologi Teoritis, 117 (1), 107-118. doi: 10.1016 / s0022-5193 (85) 80166-1
  2. Eigenbrode, JL, Panggilan, RE, Steele, A., Freissinet, C., Millan, M., Navarro-González, R.,… Coll, P. (2018). Bahan organik terawetkan dalam batulumpur berusia 3 miliar tahun di kawah Gale, Mars. Sains, 360 (6393), 1096-1101. doi: 10.1126 / sains.aas9185
  3. Goldman, AD (2015). Astrobiologi: Sebuah Tinjauan. Dalam: Kolb, Vera (eds). ASTROBIOLOGI: Sebuah Pendekatan Evolusioner CRC Press
  4. Goordial, J., Davila, A., Lacelle, D., Pollard, W., Marinova, MM, Greer, CW,… Whyte, LG (2016). Mendekati batas dingin-kering kehidupan mikroba di lapisan es di lembah kering bagian atas, Antartika. Jurnal ISME, 10 (7), 1613–1624. doi: 10.1038 / ismej.2015.239
  5. Krasnopolsky, VA (2006). Beberapa masalah terkait dengan asal usul metana di Mars. Icarus, 180 (2), 359–367. doi: 10.1016 / j.icarus.2005.10.015
  6. LEVIN, GV, & STRAAT, PA (1976). Eksperimen Biologi Rilis Berlabel Viking: Hasil Sementara. Sains, 194 (4271), 1322-1329. doi: 10.1126 / sains.194.4271.1322
  7. Ten Kate, IL (2018). Molekul organik di Mars. Sains, 360 (6393), 1068-1069. doi: 10.1126 / sains.aat2662
  8. Webster, CR, Mahaffy, PR, Atreya, SK, Moores, JE, Flesch, GJ, Malespin, C.,… Vasavada, AR (2018). Tingkat latar belakang metana di atmosfer Mars menunjukkan variasi musiman yang kuat. Sains, 360 (6393), 1093-1096. doi: 10.1126 / sains.aaq0131
  9. Whiteway, JA, Komguem, L., Dickinson, C., Cook, C., Illnicki, M., Seabrook, J.,… Smith, PH (2009). Mars Air-Awan Es dan Curah Hujan. Sains, 325 (5936), 68-70. doi: 10.1126 / sains.1172344