علم اختر زیست‌شناسی که از آن با عنوان اختربیولوژی نیز یاد می‌شود، به مطالعه منشأ، تکامل و توزیع حیات در جهان می‌پردازد. درحقیقت، دانشمندان این شاخه از علم در تلاشند تا حیات را در محیطی به غیر از زمین پیدا کنند. آیا به نظر شما چنین امری امکان‌پذیر است؟ در این مقاله قصد داریم با علم اختر زیست‌شناسی آشنا شویم و معنای حیات را به روشی نوین درک کنیم.
اختر زیست‌شناسی
اختر زیست‌شناسی علم مطالعه منشأ، تکامل، توزیع و سرنوشت حیات در عالم است. دانشمندان فعال در این حوزه به مطالعه حیات در سیارات دیگر می‌پردازند؛ همان‌طور که در علم زیست‌شناسی هدف مطالعه حیات روی زمین است. به عبارت دیگر، دانشمندان سیارات، اجرام آسمانی و منظومه‌های خورشیدی را کاوش می‌کنند تا بدانند آیا این اجرام می‌توانند حیات را پشتیبانی کنند. اختر زیست‌شناسی به‌طور هم‌زمان مجموعه‌ای از پرسش‌های باستانی و پرسش‌های آینده‌نگر درباره ماهیت بنیادی حیات و محیط‌های شامل حیات را در بر می‌گیرد.
این مطالعات شامل درک اتمسفر سیاره، سطح آن، ساختار درونی آن و سایر فرایندهای ضروری برای وجود حیات است. درنتیجه می‌توان گفت اختر زیست‌شناسی ترکیبی از علوم مختلف مانند زیست‌شناسی و نجوم، شیمی، زمین‌شناسی، اقیانوس‌شناسی و حتی مهندسی هوافضا است.
اختر زیست‌شناس با آگاهی از علوم بالا تلاش دارد بفهمد یک سیاره یا یک جرم آسمانی چگونه می‌تواند دارای حیات باشد. پس احتمالاً حدس می‌زنید که یک اختر زیست‌شناس باید بتواند به چه بازه گسترده‌ای از سؤالات پاسخ دهد. برخی از این سؤالات عبارتند از:
حیات چگونه آغاز شده است؟ برای آنکه حیات در سطح یک سیاره شکل بگیرد، چه شرایطی نیاز است؟ آیا سیارات دیگری مانند زمین وجود دارد؟ با گسترش حیات زمینی فراتر از زمین، آینده ما چگونه تحت تأثیر قرار می‌گیرد؟ چه عواملی در تکامل حیات نقش دارند؟ چه عواملی در تداوم حیات مؤثر هستند؟ درحالی‌که سیارات ویژگی‌های مختلفی دارند، حیات روی سطح آن‌ها چطور می‌تواند مشابه باشد؟ و درنهایت چه عواملی سبب نابودی حیات در سطح یک سیاره می‌شود؟
پس اختر زیست‌شناسی یک علم میان‌رشته‌ای است که برای پیشبرد اهداف آن نیاز است دانشمندان از حوزه‌های مختلف باهم همکاری گسترده داشته باشند.
مفهوم حیات
در قلب اختر زیست‌شناسی یک سؤال اساسی و مهم وجود دارد: حیات چیست؟ شاید فکر کنید پس از قرن‌ها مطالعه فیلسوفان و زیست‌شناسان، پاسخ به این سؤال حداقل برای زمین آسوده باشد. اما درحقیقت یافتن پاسخی که بتواند تمام اشکال حیات روی زمین را در دل خود بگنجاند، بسیار سخت و پیچیده است.
حیات به‌طور کلی مجموعه فرایندهای پویا، شامل تغییرات در سطوح انرژی است که در تمام ابعاد یک مجموعه، ازجمله مولکولی تا فعل‌و‌انفعالات اکوسیستم بزرگ مقیاس رخ می‌دهد. بااین‌حال برخی اختر زیست‌شناسان باور دارند ما واقعاً نمی‌دانیم حیات چیست و تنها آنچه می‌دانیم مؤلفه‌های مشترک تشکیل حیات در نواحی مختلف است: ساختار شناخته‌شده DNA، متابولیسم، طرح اولیه حیات مبنی بر کربن و آب. آب یکی از مؤلفه‌های اصلی شکل‌دهنده حیات است. آب مایع هر کجا در سطح زمین یافت شده، حیات نیز حداقل در سطوح میکروبی مشاهده شده است.
عدم توانایی تعریف حیات به‌صورت جامع و کامل همواره این نگرانی را برای ما به همراه دارد: اگر مریخ‌نورد با نمونه یا ردی از حیات گذشته یا حال روبه‌رو شود، چطور می‌تواند آن را به‌درستی درک و کشف کند؟
بااین‌حال یکی از سرنخ‌های اصلی در مطالعه حیات، درک حیات زمین و منشأ آن است. حیات روی زمین چگونه آغاز شده است؟ مواد بی‌جان مانند سنگ‌ها، رسوبات ترکیبات آلی، آب و غیره چطور در این سیاره شگفت‌انگیز گرد هم آمدند و موجودات زنده با ژن‌های درحال تکثیر و دیواره‌های سلولی با توانایی تولید مثل ساختند؟ چه چیزی منجر به تکثیر اشکال جدید حیات در زمین شد؟ چگونه آب و ترکیبات آلی در سیارات دیگر به‌وجود آمدند (جمع شدند)؟ آیا می‌توان از مواد شیمیایی و مواد معدنی موجود در سطح سیاره‌ها دریافت حیات میکروبی سطح سیاره و یا حتی زیر سطح سیاره چگونه است؟ آیا احتمال دارد حیات در جای دیگری براساس عناصری غیر از کربن و سیستمی متفاوت از DNA وجود داشته باشد؟
اگر دانشمندان بتوانند به این سؤالات به‌درستی پاسخ دهند، قادر خواهند بود به کمک سرنخ‌های به‌دست‌آمده، به روشی کارآمدتر حیات در سیارات دیگر را جستجو کنند.
از سوی دیگر، درک ترکیبات شیمیایی که به حیات منجر می‌شوند، به دانشمندان نشان می‌دهد دقیقاً باید دنبال چه چیزی باشند. به عبارت دیگر، برای درک کامل پتانسیل حیات در عالم باید اصول فیزیکی و شیمیایی کلی که منجر به ظهور سیستم‌هایی می‌شوند که قادر به استخراج و رشد انرژی، تولید مثل و بقا هستند، مطالعه شود. فرایندهایی مانند تبادل اطلاعات ژنتیکی بین ارگانیسم‌ها و تغییرات در DNA و RNA نیز می‌توانند اطلاعات مناسبی درباره تکامل در اختیار دانشمندان قرار دهند.
مؤلفه‌های اصلی تشکیل حیات
منظومه شمسی 4.5 میلیارد سال پیش از یک ابر گاز و غبار تشکیل شد که حاوی مواد آلی بود. تحقیقات نجومی روی ابرهای مولکولی مشابهی که امروزه وجود دارند، بیش از 120 مولکول، ازجمله مواد پیچیده‌ای مانند الکل اتیلیک را نشان داده است. عناصر به اصطلاح بیوژنیک (اکسیژن، کربن، نیتروژن، گوگرد و فسفر) از رایج‌ترین ترکیبات فضای بین ستاره‌ا‌‌ی هستند که احتمالاً از مؤلفه‌های اصلی حیات نیز به‌شمار می‌روند.
این نکته را در نظر داشته باشید که هیدروژن و هلیوم 99 درصد کیهان مرئی را تشکیل می‌دهند و جز اصلی‌ترین عناصر هستند. با توجه به فراوانی هیدروژن و اکسیژن، پس آب نیز یکی از مولکول‌های اصلی است.
علاوه بر ابرهای مولکولی، مطالعه عناصر تشکیل‌دهنده سیارات نیز می‌تواند در درک مؤلفه‌های اصلی تشکیل حیات سودمند باشد. مطالعه قدیمی‌ترین شهاب‌سنگ‌ها نشان داده است مواد آلی در دیسک برافزایشی اولیه که تمام سیارات از آن شکل گرفتند، فراوان بوده است. کربن دی‌اکسید هم به‌عنوان یک مؤلفه اصلی همواره نقشی مهم ایفا کرده است.
حیات در سیارات دیگر
تاکنون سیارات و قمرهای متعددی درون منظومه شمسی در مأموریت‌های مختلف فضایی مورد مطالعه قرار گرفته‌اند که هر یک می‌توانند نشانه‌هایی از حیات در خود داشته باشند. قمر سیاره مشتری با نام «اروپا» و قمر سیاره زحل «تیتان» به علت ترکیبات شیمیایی بالقوه از منظر داشتن شرایط اولیه حیات بسیار مورد‌توجه هستند. این ترکیبات به زبان ساده منابع آب گرم، اتمسفر غلیظ، خاک مملو از املاح زیستی و غیره است. در نظر داشته باشید که اتمسفر نقش مهمی در شکل‌گیری حیات دارد؛ زیرا سیاره را از برخوردها و تابش‌های مضر مصون نگه می‌دارد.
مطالعات صورت‌گرفته روی سیاره مریخ نشان می‌دهد این سیاره در زمان‌های گذشته گرم‌تر و مرطوب بوده است. این بدان معناست که مریخ زمانی شرایط اولیه برای شکل‌گیری حیات میکروبی را داشته. تمام پارامترهای موردنیاز برای حیات شامل مواد شیمیایی مناسب، منبع انرژی ثابت و آبی که احتمالاً میلیون‌ها سال روی سطح سیاره سرخ وجود داشته است، در کنار یکدیگر جمع شده بود. اما چه کسی می‌داند حیات میکروبی چه زمانی بر سطح این سیاره آغاز شده است؟ آیا این حیات تکامل یافت؟ و هزاران پرسش بی‌پاسخ دیگر.
درحالی‌که ناسا در بسیاری از مطالعات اختر زیست‌شناسی پیشگام است، برای پاسخ‌دادن به سؤالات مذکور به همکاری‌های گسترده نیاز دارد. به عبارت دیگر، تعداد کمی از مأموریت‌های اختر زیست‌شناسی هستند که می‌توان آن‌ها را بدون مشارکت‌های بین‌المللی پیش برد. اکنون ناسا در همکاری با آژانس فضایی اروپا (ESA) تلاش می‌کند تا سنگ‌های جمع‌آوری‌شده توسط مریخ‌نورد مقاومت از سطح مریخ را برای انجام مطالعات بیشتر به زمین بیاورد. آژانس فضایی چین نیز اکنون یک مریخ‌نورد در سیاره سرخ دارد و درحال برنامه‌ریزی برای ماموریت Tianwen-3 است تا نمونه‌های دیگری را از مریخ به زمین بیاورد.
وجود حیات میکروبی در مریخ ما را امیدوار می‌سازد که احتمالاً سیارات دیگر نیز دارای نشانه‌هایی از حیات هستند. از سوی دیگر پیشرفت ابزار رصد و تکنولوژی مرتبط، امکان شناسایی آن دسته از سیاراتی را که در مناطق قابل‌سکونت قرار دارند، افزایش داده است. منظور از مناطق قابل‌سکونت، برخی از نواحی است که سیاره موردنظر در فاصله مناسبی از ستاره خود قرار دارد؛ سیارات فراخورشیدی. در این صورت امکان وجود آب حتی به‌صورت سطحی در آن سیاره افزایش می‌یابد. اکنون با اطمینان می‌دانیم که هزاران هزار سیاره فراخورشیدی در کیهان بی‌کران وجود دارد و این امید ما برای یافتن حیات را بیشتر می‌کند.
حیات فرازمینی
حیات زمینی که ما می‌شناسیم، شاید تنها یکی از اشکال متعدد حیات است که تحقیقات تاریخی، مشاهده‌ای و تجربی بسیاری برای درک آن انجام شده است.
تجربه نشان داده است اگر از افراد مختلف در مورد وجود آدم فضایی‌ها در سیارات دیگر بپرسید، بی‌شک بسیاری از آن‌ها خواهند گفت حیات در دیگر سیارات وجود دارد و یا به عبارت دیگر، حداقل جایی در بی‌کرانگی این عالم وجود دارد که در آن موجوداتی مشابه انسان یافت شود. در ظاهر هم همین‌طور به‌نظر می‌رسد؛ تاکنون ما داستان‌های مختلفی از موجودات فرازمینی شنیده‌ایم و یا گاهی برخی اجرام عجیب در آسمان دیده‌ایم که تصور کردیم موجودات فرازمینی هستند. به‌طور طبیعی می‌توان گفت همه ما نوعی امید ذاتی داریم که در عالم تنها نیستیم.
با این‌حال باید بدانید وجود فرازمینی‌ها تاکنون اثبات نشده است و تنها در حد فیلم‌های تخیلی یا شنیده‌های نسل به نسل باقی مانده است. به عبارت دیگر می‌توان گفت تاکنون هیچ مدرکی برای حیات فرازمینی که از سیاره ما دیدن کرده باشد، وجود ندارد. اما این بدان معنا نیست که عالم فاقد حیات است. علم همچنان احتمالات و دلایل فزاینده‌ای در یافتن حیات فراتر از کره زمین ارائه می‌کند.
بااین‌حال، این نکته را در نظر داشته باشید که آنچه در زبان علم به‌معنای حیات تعریف می‌شود، با مشاهده آدم فضایی‌ها و یا ردپایی از آن‌ها در مشاهده از زمین متفاوت است.