Există viață pe alte planete? Dacă alte planete pot susține viața din punct de vedere chimic, așa cum o cunoaștem noi aici, pe Pământ, cum se leagă acest lucru de originea vieții însăși?
Științii au speculat mult timp asupra teoriei conform căreia viața în forma sa cea mai primitivă ar putea fi următorul pas în evoluția cosmică după formarea planetelor. Deși aceasta este încă doar o teorie, noile idei privind originea planetară și descoperirile recente din domeniul chimiei i-au oferit sprijin.
De exemplu, la patruzeci de milioane de mile de Pământ, în momentul scrierii acestui articol, se află Marte, o planetă mai rece decât Pământul, fără oxigen în atmosferă și cu puțină apă la suprafață. Un om transportat pe Marte ar gâfâi și ar muri – și majoritatea celorlalte organisme familiare ar pieri și ele.
Și totuși, timp de peste o jumătate de secol, astronomii au observat ușoare variații sezoniere de culoare pe planetă; variații care se pare că coincid cu disponibilitatea apei. Acestea au fost interpretate ca dovezi ale existenței vieții vegetale pe Marte, viață adaptată în mod special la rigorile mediului marțian. Dacă schimbările de culoare raportate sunt reale, nu pare să existe o altă interpretare rezonabilă.
În plus, observațiile spectroscopice marginale ale lui W. M. Sinton sugerează că ar putea exista molecule cu legături C-H pe suprafața lui Marte. Carbonul și hidrogenul sunt elemente fundamentale pentru toate organismele terestre, iar legătura chimică care le combină este esențială pentru structura proteinelor, a acizilor nucleici și a altor componente biologice. Este posibil, prin urmare, ca același tip de viață, similar în compoziția sa chimică de bază, să fi apărut de două ori în același sistem solar? Deși speculativ în unele dintre detaliile sale, modelul general al evoluției cosmice este destul de bine stabilit.
Evoluția cosmică începe cu un nor imens de praf cosmic, așa cum există astăzi între stele. Un astfel de nor are o abundență „cosmică” de elemente, fiind compus în principal din hidrogen și heliu, cu doar un mic amestec de elemente mai grele. Aici și acolo, materia va fi ceva mai densă decât în regiunile apropiate. Regiunile mai difuze vor fi atrase gravitațional de regiunea mai densă, care, în consecință, va crește în dimensiune și masă. Pe măsură ce materia se îndreaptă spre nucleul central care se condensează, conservarea momentului unghiular va face ca întreaga regiune, nucleul și materia care curge, să se rotească din ce în ce mai repede.
În plus, pe măsură ce cantități mari de materie continuă să se ciocnească cu nucleul, temperatura acestuia va crește în mod constant. După poate o sută de milioane de ani, temperatura din centrul norului va fi crescut până la aproximativ cincisprezece milioane de grade. Aceasta este temperatura de aprindere pentru reacțiile termonucleare, (cum ar fi transformarea hidrogenului în heliu în bomba cu hidrogen). În acest moment, nucleul norului va deveni o stea, „aprinzându-se” și iradiind lumină și căldură în spațiul apropiat. Dacă rotația este suficient de rapidă, steaua în formare se va separa, în anumite condiții, în părți mai mici, producând un sistem stelar dublu sau multiplu.
Acum, în timp ce steaua se formează, există încă un nor mare de praf care înconjoară steaua și se rotește odată cu ea. În acest nor, nebuloasa solară, regiuni mici, mai dense, încep să atragă materia din apropiere, ca în cazul formării stelelor. Cu toate acestea, protoplanetele care se dezvoltă din aceste regiuni, (în câmpul gravitațional al stelei din apropiere), nu se ridică niciodată prin încălzire prin coliziune la temperatura de aprindere termonucleară și astfel devin planete și nu stele.
Gerard P. Kuiper, profesor de astronomie la Observatorul Yerkes, a descris în ultimii ani modul în care se formează planetele în acest mod. În protoplanetele în formare, ar exista o tendință ca elementele mai grele să se scufunde în centru, lăsând hidrogenul și heliul, mult mai abundente, ca principalii constituenți ai atmosferei care înconjoară noile planete. Când steaua nou formată se „aprinde”, presiunea radiației va tinde să spulbere această atmosferă.
Dar, dacă protoplaneta este foarte masivă sau foarte departe de soare, atracția gravitațională a protoplanetei pentru o moleculă de gaz poate fi mai mare decât forța radiației care încearcă să o spulbere, iar protoplaneta poate păstra o atmosferă. Această atmosferă poate fi reziduală din proto-atmosferă sau se poate datora unor exhalări gazoase din interiorul planetei. De exemplu, atmosfera actuală a Pământului se datorează exhalărilor; atmosfera actuală a lui Jupiter este reziduală.
Într-un astfel de mod, se pot înțelege, în general, atmosferele planetelor din acest sistem solar:
- Mercur: Nu este masiv, este apropiat de soare, păstrează o atmosferă neglijabilă.
- Venus: Mai masivă decât Mercur, mai departe de Soare, păstrează doar gazul greu, dioxidul de carbon.
- Pământ: Păstrează gazele mai ușoare, azot, oxigen și vapori de apă, dar a pierdut aproape tot hidrogenul și heliul.
- Marte: Deși se află mai departe de Soare, este mai puțin masivă decât Pământul sau Venus, și astfel păstrează în principal doar gazele grele, dioxidul de carbon.
- Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun: Mult mai departe de soare și foarte masive, ele păstrează mult hidrogen și heliu, în timp ce celelalte planete le-au pierdut pe ale lor.
Un fapt despre sistemul nostru solar care a sunat clopotul de moarte al multor cosmogonii este faptul că, deși peste 99% din masa sistemului solar se află în soare, peste 98% din momentul unghiular al sistemului se află în planete. Este ca și cum inerția de rotație ar fi fost transferată de la soare la planete. H. Alfven a explicat acest lucru ca fiind o frânare magnetică a rotației soarelui, datorată interacțiunii „câmpului său magnetic cu nebuloasa solară ionizată”. Pe această bază, existența unei nebuloase solare din care se formează sisteme planetare va face ca steaua centrală să se rotească din ce în ce mai încet.
Acum, originea planetelor trebuie să fie dependentă de temperatura stelei centrale. Dacă aceasta este prea rece, atmosfera protoplanetelor nu va fi spulberată, ceea ce va duce poate la formarea unui sistem de planete asemănător cu Jupiter, dar chiar mai mare și mai masiv. Pe de altă parte, dacă steaua este prea fierbinte, presiunea radiațiilor va dispersa rapid nebuloasa solară, lăsând, dacă mai rămâne ceva, mici planete fără atmosferă sau un sistem de milioane de asteroizi minusculi. Pentru ca planetele să se formeze, temperatura stelei trebuie să fie între aceste extreme.
Există un alt motiv pentru a crede că stelele fierbinți nu au planete. Dacă atât formarea sistemelor planetare, cât și încetinirea rotației stelare decurg din existența nebuloaselor solare, atunci ar trebui să ne așteptăm ca stelele fierbinți care își disipă nebuloasele solare și nu formează planete să se rotească mai repede. Este exact ceea ce se observă! Cu cât steaua este mai fierbinte, cu atât rotația este mai rapidă. Stelele mai reci se rotesc mai încet decât ar fi de așteptat.
La o temperatură de aproximativ 7.000 de grade, caracteristică a ceea ce se numește stele F, există o scădere bruscă și mare a vitezelor medii de rotație, și este posibil, poate, ca sub această temperatură toate stelele să păstreze suficient de mult din nebuloasele lor solare pentru a forma planete, (cu condiția ca acestea să nu-și fi consumat nebuloasele solare în formarea unor sisteme solare duble sau multiple).
Numărul unor astfel de stele este cuprins între unu și zece la sută din numărul total de stele, ceea ce sugerează că există până la zece miliarde de sisteme solare numai în galaxia noastră. Dintre acestea, poate unu la sută, sau 100 de milioane, au planete precum Pământul. Care este probabilitatea existenței vieții pe aceste lumi?
Din moment ce cel mai abundent element, din punct de vedere cosmic, este hidrogenul, atmosfera protoplanetelor timpurii ale oricărui sistem trebuie să conțină mult hidrogen și compuși ai hidrogenului. Compușii hidrogenului din carbon, azot și oxigen sunt probabil cei mai abundenți compuși ai hidrogenului din protoatmosferă. Aceștia sunt, respectiv, metanul, CH4, amoniacul, NH3, și vaporii de apă, H20.
În 1953, Stanley Miller, PhD’54, pe atunci student absolvent care lucra sub conducerea profesorului Harold C. Urey, a arătat că atunci când hidrogenul, metanul, amoniacul și vaporii de apă sunt amestecați împreună și sunt alimentați cu energie, se produc unii compuși organici fundamentali. (Sursa de energie în protoatmosfere este probabil lumina ultravioletă de la soarele în jurul căruia se învârte protoplaneta.)
Cei compuși sunt aproape toți aminoacizi, blocurile biochimice din care se construiesc proteinele. Există, de asemenea, unele motive pentru a crede că aminoacizii duc la formarea purinelor și pirimidinelor, care, la rândul lor, sunt blocuri de construcție pentru acizii nucleici. Proteinele și acizii nucleici sunt cei doi constituenți fundamentali ai vieții așa cum o cunoaștem pe Pământ; materialele ereditare, cum ar fi genele și cromozomii, sunt compuse poate exclusiv din acizi nucleici și proteine. În plus, enzimele, care catalizează reacții chimice lente și fac astfel posibile formele complexe de viață, sunt întotdeauna proteine.
Experimente de o importanță comparabilă cu cele ale lui Miller au fost efectuate de S. W. Fox. Fox a aplicat căldură, în intervalul cuprins între 100 și 200 de grade Celsius, unor molecule simple, precum cele sintetizate de Miller. Această procedură simplă a produs cantități mici de molecule organice complexe care se întâmplă să fie larg răspândite în toate organismele terestre. În special, Fox a produs acid ureidosuccinic, un intermediar cheie în sinteza acizilor nucleici. Temperaturile cerute de Fox pot fi furnizate cu ușurință prin încălzirea radioactivă a scoarței planetei. Există dovezi că o astfel de încălzire radioactivă este o parte normală a evoluției timpurii a tuturor planetelor.
Acum este cu adevărat izbitor faptul că moleculele produse de Miller și Fox sunt exact moleculele necesare pentru a forma viața așa cum o cunoaștem noi. Aproape nici o moleculă nu a fost produsă care să nu fie implicată în mod fundamental în organismele terestre moderne.
Procesele descrise de Miller și Fox ar avea loc probabil pe cel puțin o planetă a fiecărei stele de temperatură moderată. Tot ceea ce este necesar este o modalitate de a colecta moleculele produse de aceste procese într-un singur loc unde să poată interacționa. Un mediu lichid la suprafața planetei îndeplinește admirabil acest scop. Moleculele produse în atmosferă ar cădea în aceste corpuri de lichid, iar moleculele produse pe uscat prin aplicarea de căldură ar fi, de asemenea, spălate în ele. Deși mările de amoniac lichid sau de acid fluorhidric ar fi utile, se poate demonstra că mările de apă ar fi cele mai eficiente în colectarea și conservarea biomoleculelor.
Una dintre planetele din fiecare sistem pe care îl luăm în considerare a posedat, probabil, mări de apă lichidă la începutul istoriei sale și, prin urmare, pe astfel de planete se poate aștepta producerea de proteine și acizi nucleici.
Acum, proteinele și acizii nucleici au unele proprietăți neobișnuite; din câte știm, unele care nu se găsesc la nici o altă moleculă. Ele pot forma o nouă moleculă care nu numai că poate construi alte molecule identice din materia care plutește în marea din jurul ei, dar care, dacă este modificată într-un anumit fel, poate, de asemenea, să construiască copii ale structurii sale modificate. O astfel de moleculă sau colecție de molecule care suferă mutații și se autoreproduce trebuie să fie supusă selecției naturale. Din aceste motive, ea trebuie să fie identificată ca fiind prima ființă vie de pe planeta în cauză.
Astfel, numai în această galaxie pot exista 100 de milioane de planete pe care să înflorească organisme cel puțin biochimic asemănătoare cu noi. Pe de altă parte, datorită selecției naturale, aceste organisme trebuie să fie bine adaptate, fiecare la mediul său. Deoarece chiar și diferențele ușoare în mediul înconjurător cauzează în cele din urmă diferențe extreme în structura organismelor, nu ar trebui să acceptăm ca formele de viață extraterestre să semene cu ceva familiar. Dar există motive să credem că ele există.