We hebben slechts één voorbeeld van biologische vorming in het universum: leven op aarde. Maar wat als leven zich op andere manieren kan vormen? Hoe zoek je naar buitenaards leven als je Ik weet niet hoe buitenaards leven eruit zou kunnen zien?
Deze vragen houden ons bezig astrobiologenwetenschappers die op zoek zijn naar leven buiten de aarde. Astrobiologen hebben geprobeerd universele regels te bedenken die de opkomst van complexe fysieke en biologische systemen zowel op aarde als daarbuiten bepalen.
Ik ben een astronoom wie heeft uitgebreid geschreven over astrobiologie. Door mijn onderzoek heb ik geleerd dat de meest voorkomende vorm van buitenaards leven waarschijnlijk microbieel is, omdat afzonderlijke cellen zich gemakkelijker kunnen vormen dan grote organismen. Maar voor het geval er geavanceerd buitenaards leven is, ben ik op de internationale adviesraad voor de groep die berichten ontwerpt om naar die beschavingen te sturen.
Wat is leven en hoe kunnen we het detecteren?
Sinds de eerste ontdekking van een exoplaneet in 1995, ruim 5.000 exoplanetenEr zijn planeten gevonden die rond andere sterren draaien.
Veel van deze exoplaneten zijn klein en rotsachtig, net als de aarde bewoonbare zones van hun sterren. De bewoonbare zone is het bereik van de afstanden tussen het oppervlak van een planeet en de ster waar het om draait, waardoor de planeet vloeibaar water kan hebben en zo het leven kan ondersteunen zoals wij dat op aarde kennen.
Het monster van tot nu toe gedetecteerde exoplaneten heeft projecten uitgevoerd 300 miljoen potentiële biologische experimenten in onze Melkweg – of 300 miljoen plaatsen, inclusief exoplaneten en andere lichamen zoals manen, met geschikte omstandigheden voor het ontstaan van biologie.
De onzekerheid voor onderzoekers begint met de definitie van leven. Het voelt alsof het definiëren van het leven gemakkelijk zou moeten zijn, omdat we het leven kennen als we het zien, of het nu een vliegende vogel is of een microbe die beweegt in een druppel water. Maar wetenschappers zijn het niet eens over een definitieen sommigen denken dat een alomvattende definitie misschien niet mogelijk is.
NASA definieert het leven als een ‘zichzelf in stand houdende chemische reactie die in staat is tot darwinistische evolutie’. Dat betekent organismen met een complex chemisch systeem dat evolueert door zich aan te passen aan hun omgeving. De darwinistische evolutie zegt dat het voortbestaan van een organisme afhangt van: zijn geschiktheid in zijn omgeving.
De evolutie van het leven op aarde heeft zich in de loop van miljarden jaren ontwikkeld van eencellige organismen tot grote dieren en andere soorten, waaronder de mens.
Exoplaneten bevinden zich afgelegen en zijn honderden miljoenen keren zwakker dan hun moedersterren, dus het bestuderen ervan is een uitdaging. Astronomen kunnen de atmosferen en oppervlakken van aardachtige exoplaneten inspecteren met behulp van een methode genaamd spectroscopie zoeken chemische handtekeningen van het leven.
Spectroscopie zou dit kunnen detecteren handtekeningen van zuurstof in de atmosfeer van een planeet, welke microben, blauwgroene algen genoemd, gecreëerd door fotosynthese op aarde enkele miljarden jaren geleden, of chlorofyl handtekeningendie het plantenleven aangeven.
NASA’s definitie van leven leidt tot een aantal belangrijke maar onbeantwoorde vragen. Is de darwinistische evolutie universeel? Welke chemische reacties kunnen leiden tot biologie buiten de aarde?
Evolutie en complexiteit
Al het leven op aarde, van een schimmelspoor tot een blauwe vinvis, is geëvolueerd van een microbieel organisme laatste gemeenschappelijke voorouder ongeveer 4 miljard jaar geleden.
Dezelfde chemische processen worden gezien in alle levende organismen op aarde, en die processen zou universeel kunnen zijn. Dat kunnen ze ook zijn radicaal anders elders.
In oktober 2024 werd een diverse groep wetenschappers verzameld om buiten de gebaande paden te denken over evolutie. Ze wilden een stap terug doen en onderzoeken welke soort processen orde creëerden in het universum – biologisch of niet – om erachter te komen hoe ze de opkomst van leven konden bestuderen dat totaal anders was dan het leven op aarde.
Twee aanwezige onderzoekers voerden aan dat complexe systemen van chemicaliën of mineralen, wanneer ze zich in omgevingen bevinden waarin sommige configuraties beter kunnen blijven bestaan dan andere, evolueren om grotere hoeveelheden informatie op te slaan. Naarmate de tijd verstrijkt, zal het systeem diverser en complexer worden en de functies verwerven die nodig zijn om te overleven, door middel van een soort natuurlijke selectie.
Mineralen zijn een voorbeeld van een niet-levend systeem dat in de loop van miljarden jaren in diversiteit en complexiteit is toegenomen.
Ze speculeerden dat er misschien een wet zou kunnen zijn om de evolutie van een grote verscheidenheid aan fysieke systemen te beschrijven. Biologische evolutie door natuurlijke selectie zou slechts één voorbeeld zijn van deze bredere wet.
In de biologie, informatie verwijst naar de instructies die zijn opgeslagen in de reeks nucleotiden op een DNA-molecuul, die samen het genoom van een organisme vormen en bepalen hoe het organisme eruit ziet en hoe het functioneert.
Als je definieert complexiteit in termen van informatietheoriezal natuurlijke selectie ervoor zorgen dat een genoom complexer wordt naarmate het meer informatie over zijn omgeving opslaat.
Complexiteit kan nuttig zijn bij het meten van de grens tussen leven en niet-leven.
Het is echter verkeerd om te concluderen dat dieren complexer zijn dan microben. Biologische informatie neemt toe met de grootte van het genoom, maar evolutionaire informatiedichtheid druppels. Evolutionaire informatiedichtheid is de fractie van functionele genen binnen het genoom, of de fractie van het totale genetische materiaal dat geschiktheid voor het milieu uitdrukt.
Organismen die mensen als primitief beschouwen, zoals bacteriën, hebben genomen met een hoge informatiedichtheid en dergelijke lijken beter ontworpen dan de genomen van planten of dieren.
A universele levenstheorie is nog steeds ongrijpbaar. Een dergelijke theorie zou de concepten van complexiteit en informatieopslag omvatten, maar zou niet gebonden zijn aan DNA of de specifieke soorten cellen die we in de terrestrische biologie aantreffen.
De zoektocht naar buitenaards leven begint hier
Onderzoekers hebben het onderzocht alternatieven naar de terrestrische biochemie. Alle bekende levende organismen, van bacteriën tot mensen, bevatten water en dat is een oplosmiddel essentieel voor het leven op aarde. Een oplosmiddel is een vloeibaar medium dat chemische reacties mogelijk maakt waaruit leven zou kunnen ontstaan. Maar er kan mogelijk ook leven voortkomen uit andere oplosmiddelen.
Astrobiologen Willam Bains en Sara Seager hebben duizenden moleculen onderzocht die mogelijk verband houden met leven. Plausibele oplosmiddelen omvatten zwavelzuur, ammoniak, vloeibare koolstofdioxide en zelfs vloeibare zwavel.
Buitenaards leven is dat misschien niet gebaseerd op koolstofdat de ruggengraat vormt van alle essentiële moleculen van het leven – tenminste hier op aarde. Misschien niet eens een planeet nodig om te overleven.
Geavanceerde levensvormen op buitenaardse planeten zouden dat wel kunnen zijn vreemd dat ze onherkenbaar zijn. Terwijl astrobiologen leven buiten de aarde proberen te detecteren, zullen ze creatief moeten zijn.
Eén strategie is meten minerale handtekeningen op de rotsachtige oppervlakken van exoplaneten sindsdien minerale diversiteit volgt de biologische evolutie op aarde. Terwijl het leven zich op aarde ontwikkelde, gebruikte en creëerde het mineralen voor exoskeletten en habitats. De honderd mineralen die aanwezig waren toen het leven voor het eerst werd gevormd, zijn vandaag de dag gegroeid tot ongeveer 5.000.
Zirkonen zijn bijvoorbeeld eenvoudige silicaatkristallen die dateren uit de tijd voordat het leven begon. Een zirkoon gevonden in Australië is de oudst bekende stuk van de aardkorst. Echter, andere mineralen, zoals apatieteen complex calciumfosfaatmineraal, worden door de biologie gecreëerd. Apatiet is een belangrijk ingrediënt in botten, tanden en visschubben.
Een andere strategie om leven te vinden dat anders is dan dat op aarde, is detecteren bewijs van een beschavingzoals kunstlicht, of de industriële vervuilende stikstofdioxide in de atmosfeer. Dit zijn voorbeelden van tracers van intelligent leven genaamd technosignaturen.
Het is onduidelijk hoe en wanneer de eerste detectie van leven buiten de aarde zal gebeuren. Het kan binnen het zonnestelsel zijn, door de atmosfeer van exoplaneten op te snuiven, of door kunstmatige radiosignalen van een verre beschaving te detecteren.
De zoektocht is een kronkelende weggeen eenvoudige weg. En dat geldt voor het leven zoals wij het kennen. Voor het leven zoals wij het niet kennen, zijn alle weddenschappen uitgesloten.
Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op Het gesprek door Chris Impey van de Universiteit van Arizona. Lees de origineel artikel hier.
