آیا وقتی حیات فرازمینی را ببینیم، می‌توانیم آن را تشخیص دهیم؟

شناسایی حیات در دنیاهای دیگر نیاز به انعطاف‌پذیری تعریف ما از زنده بودن دارد. در یکی از قسمت‌های سریال پیشتازان فضا (Star Trek) در سال ۱۹۶۷، کاپیتان کرک و خدمه‌اش به بررسی مرگ مشکوک معدنچیان سیاره ژانوس ۶ پرداختند. مشخص شد که قاتل یک هیولای سنگی به نام هورتا بود. اما سنسورهای سفینه انترپرایز هیچ نشانی از حیات در این جانور شناسایی نکردند. هورتا یک نوع حیات مبتنی بر سیلیکون بود، برخلاف حیات مبتنی بر کربن روی زمین.

با این حال، تشخیص این که هورتا زنده بود زیاد طول نکشید. اولین سرنخ این بود که لبه‌های آن شکسته شده بودند. اسپاک پرونده را با یک درک عمیق کشف کرد: اینکه این جانور آخرین باقی‌مانده نوع خود بود و از تخم‌هایش محافظت می‌کرد.

اما شناسایی حیات روی سیاره‌های دیگر به این سادگی‌ها نخواهد بود، مخصوصا اگر دستور پخت حیات در جاهای دیگر مواد متفاوتی نسبت به زمین داشته باشد. حتی به تصور برخی دانشمندان، ممکن است چیزهای زنده‌ای روی زمین وجود داشته باشند که به خاطر تفاوت‌شان با تعریف استاندارد زندگی نادیده گرفته شده‌اند. دانشمندان نیاز به یکسری دستورالعمل اساسی دارند با مقداری انعطاف‌پذیری که بتوانند با اطمینان یک چیز را زنده اعلام کنند.

از میان دانشمندانی که روی این معیارها کار می‌کنند، می‌توان به «کریستوف آدامی» (Christoph Adami) اشاره کرد که در حال مطالعه حیات سیلیکونی خودش در یک کامپیوتر در دانشگاه ایالتی میشیگان در لنسینگ شرقی است.

آدامی می‌گوید «این کار فقط وقتی ساده باشد، ساده است. اگر چیزی را پیدا کنید که برای خود قدم می‌زند یا به سمت شما دست تکان می‌دهد، فهمیدن این که به نوعی از حیات برخورده‌اید دشوار نخواهد بود.» اما به احتمال زیاد اولین بیگانگانی که انسان‌ها با آن‌ها روبرو می‌شوند، مردانی سبزرنگ و کوتاه نخواهند بود. بلکه احتمالا میکروب‌های به هر رنگ ممکن یا حتی بدون رنگ هستند.

از روی تعریف

تلاش برای فهم اینکه چگونه باید میکروب‌های بیگانه را تشخیص داد، مخصوصا اگر بسیار عجیب باشند، باعث شده تا دانشمندان معیارهایی را برای متمایز کردن چیزهای زنده از غیر زنده ارائه دهند. بسیاری از پژوهشگران باور دارند که ویژگی‌هایی مثل متابولیسم فعال، تولید مثل و تکامل داروینی سنگ بنای هر نوع حیات، از جمله حیات فرازمینی هستند. برخی دیگر این لازمه را اضافه می‌کنند که حیات باید دارای سلول‌هایی به اندازه کافی بزرگ باشد تا بتوانند مکانیزم پروتئین‌ساز به اسم «ریبوزوم» را درون خود جای دهند.

اما این تعریف‌ها می‌توانند به شدت محدودکننده باشند. «کارول کله‌لند» (Carol Cleland)، فیلسوف علم در دانشگاه کلورادو بولدر می‌گوید فهرستی از معیارها برای حیات می‌تواند دایره دید دانشمندان را محدود و آن‌ها را نسبت به تنوع چیزهای زنده در کیهان، خصوصا در محیط‌های بسیار نامناسب، نابینا کند. تعاریف محدود «وقتی که در میان گونه‌ای بسیار متفاوت از حیات باشید، مثل چشم‌بند عمل می‌کنند.»

برای نمونه برخی دانشمندان می‌گویند که ویروس‌ها زنده نیستند، چون برای تولید مثل به سلول میزبان خود وابسته‌اند. اما آدامی با آن‌ها مخالف است. او می‌گوید: «در ذهن من هیچ شکی وجود ندارد که ویروس‌های بیوشیمیایی زنده هستند. آن‌ها هیچ چیزی که برای زنده ماندن لازم است درون خود ندارند، اما ما هم همین‌طور هستیم.» به گفته آدامی، چیزی که اهمیت دارد این است که ویروس‌ها اطلاعات ژنتیکی را از یک نسل به نسل دیگر منتقل می‌کنند. به گفته او حیات اطلاعات تکرارشونده است.

خانم کله‌لند می‌گوید تکامل داروینی را نیز باید از بین گزینه‌ها حذف کنیم. از هر چیز گذشته، انسان‌ها به احتمال زیاد نمی‌توانند در یک نگاه بگویند که چیزی در حال تکامل است یا نه. او می‌گوید: «تشخیص تکامل دشوار است، چون شما یک تصویر دارید و نمی‌توانید منتظر بمانید و تکامل آن را تماشا کنید.»

محدودیت اندازه سلول نیز می‌تواند میکروب‌های بسیار ریز را از دایره بیگانگان خارج کند. اما به گفته «استیون بنر» (Steven Benner)، اخترزیست‌شناس در موسسه تکامل مولکولی کاربردی در آلاچوای فلوریدا، سلولی که برای داشتن ریبوزوم کوچک باشد، باز هم می‌تواند به جای پروتئین از RNA برای انجام واکنش‌های بیوشیمیایی استفاده کند. سلول‌ها لازم در نظر گرفته می‌شوند، چون یک ارگانیزم را از ارگانیزم دیگر جدا می‌کنند. اما به گفته آدامی لایه‌های رس نیز می‌توانند این جداسازی را انجام دهند. کله‌لند حتی این فرضیه را مطرح می‌کند که حیات می‌تواند به صورت شبکه‌ای از واکنش‌های شیمیایی وجود داشته باشد و اصلا به جداسازی نیازی نباشد.

این تفکرات تخیلی می‌توانند محدودیت‌های معیارهای سفت و سخت دانشمندان را بردارند و توانایی آن‌ها را برای تشخیص حیات بیگانه، در صورت مواجهه، بهبود دهند. اما هنوز هم آن‌ها باید بدانند که کجا را بگردند.

کنار گوش‌مان

در دهه‌های اخیر با کشف هزاران سیاره فرازمینی در دوردست‌های منظومه خورشیدی، احتمال وجود حیات فرازمینی در کیهان از همیشه بالاتر رفته. اما حتی قدرتمندترین تلسکوپ‌ها هم نمی‌توانند ارگانیزم‌های میکروسکوپی را به طور مستقیم شناسایی کنند. به گفته «رابرت هیزن» (Robert Hazen)، کانی‌شناس موسسه علم کارنگی در واشنگتن دی‌سی، شانس یافتن حیات میکروبی، در صورتی که دانشمندان بتوانند به آن برسند و با آن تماس داشته باشند بسیار بیشتر است؛ یعنی باید درون منظومه خورشیدی خودمان را جستجو کنیم.

هیزن می‌گوید: «شما در حقیقت نیاز به یک کاوشگر دارید که با دستان خودش مواد شیمیایی را آنالیز کند.» در حال حاضر کاوشگرانی در حال نمونه‌برداری از سطح مریخ هستند و کاوشگر کاسینی در آبفشان‌های «انسلادوس»، ماه یخی زحل حمام می‌کند. این کاوشگران مکانیکی می‌توانند نشانه‌هایی از حیات را برای ما برگردانند.

اما این نشانه‌ها احتمالا «نشانگرهای زیستی» بسیار نامحسوس و غیر مستقیم خواهند بود. گفتن اینکه این نشانه‌ها از طرف حیوانات، گیاهان، میکروب‌ها یا سنگ‌ها هستند، بسیار دشوار خواهد بود؛ مخصوصا در فاصله‌های دور.

«ویکتوریا میدوز» (Victoria Meadows)، اخترزیست‌شناس و رئیس آزمایشگاه سیاره‌ای مجازی در انستیتوی اخترزیست‌شناسی ناسا در دانشگاه واشنگتن در سیاتل می‌گوید: «ما واقعا نیاز داریم که حیات تا جای ممکن واضح باشد.» منظور او از واضح این است که شبیه به زمین باشد و هیچ فرایند شیمیایی یا ژئولوژیکی نتواند اثری مشابه آن تولید کند.

به گفته کتی «تامس-کپرتا» (Kathie Thomas-Keprta)، ژئولوژیست سیاره‌ای، بعضی دانشمندان می‌گویند حیات پدیده‌ای است که «اگر آن را ببینم، تشخیصش می‌دهم». اما آنطور که تامس-کپرتا از مطالعه یک شهاب‌سنگ مریخی تجربه دارد، حیات می‌تواند یک توهم دیداری در چشمان بیننده باشد. او بخشی از تیمی بود که در مرکز فضایی جانسون ناسا در هیوستون به مطالعه شهاب‌سنگ ALH84001 (پیدا شده در حوزه یخی آلن هیلز (Allan Hills) در جنوبگان) پرداختند.

در سال ۱۹۹۶، تیمی به رهبری «دیوید مک‌کی» (David McKay)، از همکاران تامس-کپرتا، ادعا کردند که گلبول‌های کربنات درون این شهاب‌سنگ به حیات میکروسکوپی روی زمین شباهت دارند. پژوهشگران مولکول‌های ارگانیک بزرگی را همراه با کربنات‌ها پیدا کردند که نشان می‌داد آن‌ها همزمان با یکدیگر تشکیل شده‌اند. همچنین تامس-کپرتا کریستال‌های مگنتیت ریزی را روی گلبول‌ها شناسایی کرد که شباهت بسیاری با کریستال‌هایی داشتند که باکتری‌های «مگنتوتاکتیک» (magnetotactic) روی زمین ایجاد می‌کنند. این باکتری‌ها از زنجیره‌های کریستال به عنوان قطب نما در شنا برای یافتن مواد غذایی استفاده می‌کنند. پژوهشگران باور داشتند که دارند به فسیل‌های مریخی‌های باستانی نگاه می‌کنند.

پژوهشگران دیگر با آن‌ها مخالفت کردند. به گفته منتقدان، گلبول‌ها و کریستال‌ها می‌توانسته‌اند توسط فرایندهای شیمیایی یا ژئولوژیکی، و نه زیست‌شناختی ایجاد شده باشند. از آن زمان، ادعای حیات مریخی فسیل‌ شده به طور یکپارچه رد شده است.

مطمئنا تشخیص چیزی که هنوز زنده است، از چیزی که مرده و تبدیل به سنگ شده بسیار ساده‌تر خواهد بود. اما کله‌لند می‌گوید به این هم چندان مطمئن نباشید. ممکن است حتی روی زمین هم گونه‌های بسیار عجیبی از حیات باشند (یک زیست‌کره سایه) که مردم آن را نادیده گرفته‌اند.

جلای بیابان

یکی از شواهد زمینی‌های سایه «جلای بیابان‌ها» است؛ لکه‌های تیره در طرف آفتاب‌خورده سنگ‌های مناطق خشک. به گفته کله‌لند، گونه‌های حیات عجیب و جمعی می‌توانند انرژی را از سنگ‌ها بمکند و پوسته سخت این جلاها را به وجود آورند. برای نمونه برخی از دانشمندان عقیده دارند که احتمالا باکتری‌ها یا قارچ‌های اکسیدکننده منگنز عهده‌دار تجمع آهن و اکسید منگنز در این لکه‌ها هستند. میکروب‌های ناشناخته می‌توانند فلز را با رس و سیلیکات ترکیب کنند که شلاک‌های (shellac) این جلاها را شکل می‌دهند. دانشمندان تا به حال در تولید جلای بیابان در آزمایشگاه با استفاده از باکتری‌ها و قارچ‌ها به موفقیت نرسیده‌اند.

منتقدان می‌گویند این جلاها بسیار آهسته شکل می‌گیرند، در طول هزاران سال و نمی‌توان آن را یک فرایند میکروبی در نظر گرفت و اینکه اکسید کردن منگنز انرژی کافی برای حیات تولید نمی‌کند. به گفته آن‌ها جلای بیابان به احتمال زیاد یک محصول شیمیایی-فیزیکی است.

اما کله‌لند فکر می‌کند که این نقدها جانبدارانه هستند. او می‌گوید: «پیش‌فرض ما این است که حیات روی زمین سریع است.» حیات سایه می‌تواند بسیار آهسته‌تر باشد که طبقه‌بندی آن به عنوان چیزی زنده را برای دانشمندان دشوار می‌کند.

به گفته کله‌لند یک راه برای تشخیص اینکه جلاها منشاء زیستی دارند یا ژئولوژیکی، اندازه‌گیری نسبت‌های ایزوتوپی است. ایزوتوپ‌ها انواع اتم‌ها با تعداد متفاوت نوترون در هسته خود هستند. ایزوتوپ‌های سبک‌تر، با تعداد نوترون کمتر، برای بعضی از واکنش‌های بیوشیمیایی مناسب‌تر هستند.

کله‌لند می‌گوید: «حیات تنبل است و علاقه‌ای ندارد که نوترون‌های اضافی را با خود حمل کند.» او اشاره می‌کند که تمرکز ایزوتوپ‌های سبک‌تر می‌تواند سیگنالی از کار ارگانیسم‌های زنده باشد.

بی‌نظمی در توزیع کانی‌ها

هیزن، که در کانی‌ها به دنبال حیات است، پیشنهاد می‌دهد که برای یافتن حیات و طبقه‌بندی درست آن باید دنبال چیزهای عجیب و غریب بگردیم. او و همکارانش به این نتیجه رسیده‌اند که توزیع کانی‌ها روی زمین یکنواخت نیست. ۴۹۳۳ کانی شناخته‌ شده روی زمین وجود دارد. هیزن و همکارانش موقعیت ۴۸۳۱ تا از کانی‌ها را روی نقشه مشخص کرده و به این نتیجه رسیده‌اند که ۲۲ درصد از آن‌ها فقط در یک موقعیت هستند. نزدیک به ۱۲ درصد آن‌ها در دو موقعیت یافت می‌شوند. آن‌ها این یافته‌ها را سال ۲۰۱۵ در نشریه The Canadian Mineralogist گزارش کرده‌اند.

یکی از دلایل این نوع توزیع این است که حیات در حال تکامل از منابع محلی استفاده و آن‌ها را به صورت کانی‌های جدید متمرکز کرده. برای مثال کانی «هیزنایت» (hazenite)، که نام آن را از روی نام هیزن انتخاب کرده‌اند. این کانی فسفاتی تنها توسط میکروب‌های ساکن دریاچه مونو در کالیفرنیا ساخته می‌شود. به نوشته هیزن و همکارانش در ژورنال Earth and Planetary Science Letters عمل گونه‌های دیگر روی زمین با ژئولوژی این سیاره ترکیب می‌شود و کانی‌های زمین را منحصر به فرد می‌سازد.

یافتن چنین بی‌نظمی‌هایی در توزیع کانی‌های سیاره‌های دیگر می‌تواند نشانه‌ای باشد که حیات روی آن سیاره وجود دارد، یا زمانی وجود داشته. هیزن با ناسا همکاری کرده تا نشان دهد که چگونه کاوشگران می‌توانند سرنخ‌های کانی‌ها را روی مریخ پیدا کنند.

اما تشخیص اینکه چیزی غیر معمول است یا نه، شاید به آن سادگی که به نظر می‌رسد نباشد. به گفته بنر، دانشمندان هنوز دانش کافی درباره محیط مریخ ندارند. «هر کاوشگر برای ما شگفتی‌های تازه‌ای آشکار کرده.» او چشم به راه یک ماموریت انسانی است، که به قول او می‌تواند باعث فهم بهتری از سیاره سرخ شود و جستجو برای حیات را سرعت ببخشد.

مریخ زمانی مرطوب بوده و همچنان جریان آب به صورت بسیار پراکنده روی آن وجود دارد. این موضوع و شواهد دیگر که نشان می‌دهند مریخ زمانی قابلیت پشتیبانی از حیات را داشته، باعث شدند تا بنر در سال ۲۰۱۳ این فرضیه را ارائه کند که بذر حیات روی زمین از مریخ آمده است. اینکه این فرضیه درست است یا نه، به یافتن حیات روی مریخ بستگی دارد، اما بنر از این بابت نگران به نظر نمی‌رسد.

او می‌گوید: «من فکر می‌کنم الان اگر آن‌ها اثری از حیات روی مریخ پیدا نکنند، شگفت‌زده خواهم شد.» او پیش‌بینی می‌کند که حتی اگر زمانی اعلام شود که حیات روی مریخ پیدا شده، پژوهشگران بر سر اینکه این یافته‌ها حقیقت دارند یا نه شروع به نزاع خواهند کرد:

«این یک نزاع مثبت خواهد بود، چون همه می‌خواهند حیات را پیدا کنند، اما از طرف دیگر، همه از تله‌هایی که یک ربات آزمایشگر در فاصله ۱۰۰ میلیون مایلی می‌تواند در آن‌ها گرفتار شود، خبر دارند.»

«درک شولز-ماکوخ» (Dirk Schulze-Makuch)، اخترزیست‌شناس دانشگاه ایالتی واشینگتن در پولمن می‌گوید که ماموریت‌های انسانی می‌توانند به سادگی عازم مریخ شوند تا این یافته‌ها را تایید کنند. او به شوخی می‌گوید: «اگر یک انسان با میکروسکوپ داشته باشید و این میکروسکوپ تکان بخورد یا بلرزد، رد کردن چنین چیزی بسیار سخت خواهد بود.»

اما انسان‌ها و حتی کاوشگرها احتمالا کار دشواری در شناسایی حیات در نقاط دوردست یا بیگانه، مثل ماه‌های مشتری و زحل داشته باشند. اروپا، انسلادوس و تایتان دنیاهایی یخ‌زده هستند که اشعه خورشید به ندرت آن‌ها را لمس می‌کند، اما شولز-ماکوخ می‌گوید این به این معنی نیست که آن‌ها عاری از حیات هستند. شکارچیان بیگانه‌های فضایی به اروپا و انسلادوس علاقه وافری دارند، چون اقیانوس‌های مایعی زیر پوسته یخی آن‌ها جریان دارند. آب مایع یکی از ملزومات بسیاری از واکنش‌های شیمیایی پشتیبان حیات در نظر گرفته می‌شود، پس این قمرها یکی از اولین جاهایی هستند که اخترشناسان در آن‌ها به جستجو می‌پردازند.

جستجو برای چیزهای پنهان‌تر

اما شولز-ماکوخ می‌گوید آب در حقیقت حلال بسیار بدی برای شکل‌گیری مولکول‌های پیچیده پایه حیات است. در عوض او فکر می‌کند که بیگانه‌های واقعا بیگانه احتمالا در اعماق گرم دریاچه‌های هیدروکربن بزرگترین ماه زحل، تایتان در حال تولید مثل هستند. او می‌گوید که در آن‌جا «می‌توانید چیزهای بسیار خارق‌العاده‌ای بسازید. اما از اینکه می‌توان به حیات دست یافت یا نه، چیزی نمی‌دانیم.» اگر او می‌توانست کاوشگری را به تایتان بفرستد، اول از همه به دنبال ماکرومولکول‌هایی شبیه به DNA یا RNA و پروتئین‌های پشتیبان حیات روی زمین می‌گشت، اما با تغییراتی عظیم.

او روی دریاچه آسفالت طبیعی در ترینیداد مطالعه کرده تا بفهمد زندگی در دریاچه‌های تایتان چگونه می‌تواند باشد. او و همکارانش در سال ۲۰۱۵ در ژورنال Life درباره محدودیت‌های فیزیکی، شیمیایی و فیزیولوژیکی سیاره تایتان نوشتند که حیات باید در برابر آن‌ها قد علم کند.

به گفته «پائولت کلانسی» (Paulette Clancy)، مهندس شیمی دانشگاه کورنل، احتمالا بزرگترین مانع در برابر حیات تایتان سرمای شدید آن باشد. تایتان چنان سرد است که متان - که روی زمین گاز است - روی آن به صورت یک مایع چسبناک و در آستانه یخ‌زدگی قرار دارد و آب به قول او، «مثل سنگ خواهد بود». تحت این شرایط، ارگانیزم‌هایی که از لحاظ شیمیایی مانند ارگانیزم‌های روی زمین هستند، شانسی برای زنده ماندن نخواهند داشت.

گذشته از هر چیز، غشایی که محتویات سلول‌ها را روی زمین درون خود نگه می‌دارد، روی تایتان به کار نمی‌آید. غشاها از دو صفحه مولکول‌های زنجیره‌ای ساخته شده‌اند که یک سر اکسیژن و دنباله‌ای از اسیدهای چرب دارند. کلانسی می‌گوید: «روی تایتان، زنجیرهای بلند یک عیب به حساب می‌آیند، چون که یخ می‌زنند و در جای خود ثابت می‌شوند»، در نتیجه غشای سلول شکننده خواهد شد. علاوه بر این، تایتان هیچ اکسیژن آزادی ندارد که سر این مولکول‌ها را شکل دهد.

اما کلانسی و همکارانش در کورنل، «جیمز استیونسن» (James Stevenson) مهندس شیمی و «جاناتان لونین» (Jonathan Lunine) اخترشناس، آزمایش‌هایی را در شرایط تایتان شبیه‌سازی کرده‌اند. مولکول‌هایی که در تایتان پایدار هستند، روی زمین از هم فرو می‌پاشند، پس پژوهشگران باید به جای ساختن آن مولکول‌ها در آزمایشگاه، آن‌ها را در کامپیوتر شبیه‌سازی کنند. طبق گزارش این پژوهشگران در سال ۲۰۱۵ در ژورنال Science Advances، مولکول‌های کوتاه «اکریلونیتریل» (acrylonitrile) با سرهای نیتروژنی می‌توانند به طور خودبخودی حباب‌های پایداری به نام «ازوتوزوم» (azotosome) بسازند. این حباب‌ها شبیه غشاهای سلولی هستند.

«ازو» پیشوندی است که آرایشی خاص از اتم‌‌های نیتروژن را درون یک مولکول مشخص می‌کند. همچنین این کلمه در زبان یونانی به معنی «بدون زندگی» است. به گفته کلانسی معنی این کلمه «اگر حیات در تایتان بر پایه نیتروژن باشد، کنایه‌آمیز خواهد بود.»

زندگی روی تایتان، مانند جلای بیابان می‌تواند سرعتی ناآشنا داشته باشد که باعث می‌شود زمینی‌ها نتوانند تشخیص دهند ازوتوزم‌ها یا دیگر غشاهای حبابی که در اقیانوس‌های متان تایتان پیدا می‌کنند حاوی حیات هستند یا نه. شولز-ماکوخ می‌گوید با وجود تابش‌های خورشیدی بسیار کم برای برانگیختن تکامل و دمای بسیار پایین که سرعت واکنش‌های شیمیایی را کم می‌کند، حیات روی تایتان می‌تواند واقعا دلگیر باشد. او تصور می‌کند که طول عمر روی تایتان می‌تواند تا میلیون‌ها سال باشد و ارگانیزم‌ها در هر هزار سال فقط یک بار تولید مثل یا حتی تنفس کنند. شاید دانشمندان نیز مجبور شوند به جای زمان تولید مثل، واکنش‌های متابولیک را اندازه بگیرند تا بفهمند چیزی روی این ماه یخ‌زده زحل زنده است یا نه.

کلانسی امیدوار است پژوهشی انجام شود تا مشخص کند محیط شیمیایی تایتان اجازه انجام چه نوع متابولیسمی را می‌دهد. او می‌گوید تریتون، ماه یخ‌زده نپتون که با یک لایه نازک نیتروژن و متان پوشیده شده و فوران‌های نیتروژنی دارد، می‌تواند یک گزینه دیگر برای فرایندهای بیوشیمی جدید و هیجان‌انگیز باشد.

کلانسی پیش‌بینی می‌کند با این همه گزینه، چند سیاره یا ماه خواهند بود که روی آن‌ها حیات وجود داشته باشد:

«فکر می‌کنم این احتمال که مسیری که حیات ما طی کرده تنها مسیر ممکن است، تقریبا صفر است.»

بسیاری از پژوهشگران دیگر نیز درباره یافتن حیات خارج از زمین خوشبین هستند. هیزن می‌گوید: «من فکر می‌کنم حیات یک ضرورت کیهانی است.» شاید روزی اخترزیست‌شناسان با یک موجود فرازمینی رو در رو شوند. شاید حتی بتوانند در همان نگاه اول آن را تشخیص دهند.