Ακόμη περισσότερο, υπάρχει και αλλού στο Σύμπαν ζωή με νοημοσύνη; Ο Οδηγός Παράστασης Ζωή στο Σύμπαν παρουσιάζει τις επιστημονικές προσπάθειες που διεξάγονται προκειμένου να απαντηθούν αυτά τα ερωτήματα. Το κείμενο που ακολουθεί, εμπεριέχεται σ’ αυτόν τον Οδηγό Παράστασης και εστιάζει στα βασικά προαπαιτούμενα της ζωής. 

Όλα όσα γνωρίζουμε για την ζωή προέρχονται από την μελέτη του ίδιου μας του πλανήτη και των έμβιων οργανισμών που φιλοξενεί. Υπ’ αυτήν την έννοια, είμαστε κάπως «μεροληπτικοί» στην έρευνά μας για την αναζήτηση της εξωγήινης ζωής, περιορίζοντάς την κυρίως σε μορφές ζωής που προσιδιάζουν σ’ αυτές της Γης. Ένας λόγος γι’ αυτό είναι ότι εξακολουθούμε να γνωρίζουμε ελάχιστα για τις πιθανές «εναλλακτικές» βιολογίες που θα καθόριζαν την εξέλιξη οργανισμών, οι οποίοι δεν βασίζονται στον άνθρακα και στο νερό. Ένας δεύτερος λόγος είναι ότι τα συγκριτικά πλεονεκτήματα του άνθρακα και του νερού για την χημεία της ζωής καθιστούν απίθανη την συναρπαστική αυτή πιθανότητα, χωρίς βέβαια να την αποκλείουν. Γι’ αυτό, άλλωστε, και οι περισσότερες αναφορές για την αναζήτηση της ζωής και εκτός του πλανήτη μας περιορίζονται συχνά με το προσδιοριστικό «όπως τουλάχιστον την γνωρίζουμε». Στην συνέχεια, λοιπόν, θα παρουσιάσουμε τα βασικά προαπαιτούμενα για την ζωή, όπως τουλάχιστον την γνωρίζουμε. 

Το πρώτο βασικό προαπαιτούμενο της ζωής είναι η ενέργεια. Κάθε έμβιος οργανισμός, προκειμένου να διατηρήσει την κυτταρική του δομή και τις απαραίτητες για την επιβίωσή του βιοχημικές αντιδράσεις, προκειμένου να μεγαλώσει και να αναπαραχθεί, απαιτείται να εξάγει με τον έναν ή τον άλλο τρόπο ενέργεια από το περιβάλλον του. Στον πλανήτη μας, οι περισσότερες μορφές ζωής εξαρτώνται άμεσα ή έμμεσα από το φως, δηλαδή από την ενέργεια του Ήλιου. Υπενθυμίζουμε, ωστόσο, ότι υπάρχουν οργανισμοί που βασίζονται σε άλλες μορφές ενέργειας, όπως γεωθερμικές και χημικές, με γνωστότερο παράδειγμα τους μικροοργανισμούς που αναπτύσσονται γύρω από τις υδροθερμικές αναβλύσεις.  

Απ’ όλα τα χημικά στοιχεία που απαντούν με φυσικό τρόπο στον πλανήτη μας, μόλις 6 απ’ αυτά υπάρχουν σε σημαντικές ποσότητες στους έμβιους οργανισμούς. Με κάποιες εξαιρέσεις, δηλαδή, τα βασικά δομικά στοιχεία της ζωής είναι ο άνθρακας, το υδρογόνο, το άζωτο, το οξυγόνο, ο φώσφορος και το θείο, αναμιγμένων με μικροποσότητες άλλων στοιχείων. Γιατί, όμως, λέμε ότι η ζωή στην Γη βασίζεται στον άνθρακα και όχι σε κάποιο άλλο απ’ αυτά τα θεμελιώδη για την ζωή χημικά στοιχεία; Οι έμβιοι οργανισμοί χαρακτηρίζονται από τεράστια χημική πολυπλοκότητα. Κάθε μορφή ζωής, προκειμένου να επιβιώσει, απαιτείται να επιτελεί μια σειρά πολύπλοκων βιοχημικών διεργασιών: να απορρόφα θρεπτικά συστατικά, να τα μετατρέπει σε ενέργεια, να απομακρύνει τοξίνες και απόβλητα, να αναπαράγεται κ.ο.κ.. Αυτό με την σειρά του προϋποθέτει και απαιτεί την ύπαρξη ενός τεράστιου αριθμού διαφορετικών χημικών δομών και μορίων, που σημαίνει ότι, προκειμένου ένα ατομικό στοιχείο να αποτελεί την βάση της ζωής πρέπει να έχει τις κατάλληλες χημικές ιδιότητες, ώστε να υποστηρίζει και να συμμετέχει στον μέγιστο δυνατό βαθμό σ’ αυτές ακριβώς τις βιοχημικές διεργασίες και χημικές αντιδράσεις.  

Επιπλέον, επειδή οι έμβιοι οργανισμοί απαιτούν έναν τεράστιο όγκο γενετικών πληροφοριών για την αναπαραγωγή τους, η ικανότητα σχηματισμού μοριακών αλυσίδων μεγάλου μήκους για την κωδικοποίηση αυτών των πληροφοριών, θεωρείται εξαιρετικής σημασίας για την ζωή. Δεδομένου, όμως, ότι κανένα άλλο στοιχείο του Περιοδικού Πίνακα δεν χαρακτηρίζεται από αυτού του είδους την χημική «συμπεριφορά» σε μεγαλύτερο βαθμό απ’ όσο ο άνθρακας, η χημεία της ζωής είναι ουσιαστικά η χημεία του άνθρακα. Με άλλα λόγια, οι έμβιοι οργανισμοί βασίζονται στον άνθρακα, διότι πολύ απλά οι χημικές ιδιότητες αυτού του στοιχείου του παρέχουν συγκριτικό πλεονέκτημα απέναντι σε κάθε άλλο χημικό στοιχείο που θα μπορούσε, θεωρητικά τουλάχιστον, να αποτελέσει την βάση της ζωής. Πραγματικά, η ικανότητά του να σχηματίζει πολύ ισχυρούς δεσμούς με τα περισσότερα στοιχεία του Περιοδικού Πίνακα και η ικανότητά του να σχηματίζει εξίσου ισχυρούς δεσμούς με άλλα άτομα άνθρακα, σχηματίζοντας έτσι μακριές αλυσίδες ατόμων και διασφαλίζοντας μ’ αυτόν τον τρόπο, όχι μόνο την σταθερότητα των βιομορίων, αλλά και την μεγάλη τους ποικιλομορφία, είναι κομβική για την εμφάνιση και διατήρηση της ζωής. Επομένως, ένα άλλο βασικό προαπαιτούμενο της ζωής είναι να βασίζεται στον άνθρακα.  

Εάν ό άνθρακας είναι η βάση της ζωής, το «αμνιακό» της υγρό είναι το νερό, αφού χωρίς το νερό, η ζωή στην Γη δεν θα μπορούσε να υπάρξει. Πραγματικά, όλα όσα σχετίζονται με την δομή και την λειτουργία των κυττάρων ενός οργανισμού εξαρτώνται και έχουν προσαρμοστεί στις ιδιαίτερες φυσικές και χημικές ιδιότητες του νερού. Κατ’ αρχάς, όλοι οι έμβιοι οργανισμοί εμπεριέχουν στην κυτταρική τους δομή μεγάλες ποσότητες νερού, γεγονός που καθιστά την σημασία του για την ζωή στην Γη προφανή. Επιπλέον, το νερό είναι ένας από τους αποτελεσματικότερους διαλύτες που γνωρίζουμε. Η μεγάλη αυτή ικανότητα του νερού να διαλύει ένα ευρύ φάσμα χημικών ουσιών, όπως άλατα, σάκχαρα, αμινοξέα και πρωτεΐνες, έχει τεράστια σημασία για τους έμβιους οργανισμούς. Αυτό, διότι δεν διασφαλίζεται μόνο η μεταφορά των χημικών ουσιών και θρεπτικών συστατικών σε όλα τα μέρη ενός οργανισμού, αλλά διευκολύνεται παράλληλα η απομάκρυνση των τοξινών, ενώ το νερό λειτουργεί και ως καταλύτης για την πραγματοποίηση σημαντικών για την ζωή βιοχημικών αντιδράσεων. 

Ένα ακόμη πλεονέκτημα του νερού σε σχέση με άλλους διαλύτες είναι ότι αποτελεί έναν σχετικά καλό αγωγό της θερμότητας, συμβάλλοντας έτσι στην ομοιόμορφη κατανομή της στο εσωτερικό ενός οργανισμού. Επιπλέον, το νερό χαρακτηρίζεται από μεγάλη ειδική θερμοχωρητικότητα, που σημαίνει ότι, όταν η θερμοκρασία του περιβάλλοντος είναι υψηλή, η θερμοκρασία του νερού αυξάνεται αργά, ενώ όταν είναι χαμηλή διατηρείται σταθερή για μεγάλο χρονικό διάστημα. Το γεγονός αυτό βοηθά τους έμβιους οργανισμούς να αντιμετωπίζουν τις μεγάλες θερμοκρασιακές διακυμάνσεις στο περιβάλλον τους, διατηρώντας τη θερμοκρασία του σώματός τους σε ανεκτά επίπεδα. Μία άλλη, μοναδική, ιδιότητα του νερού είναι ότι η πυκνότητά του μειώνεται όταν παγώνει, γεγονός που επιτρέπει στον πάγο να επιπλέει στις υδάτινες εκτάσεις του πλανήτη. Εάν δεν ίσχυε αυτό και ο πάγος βυθιζόταν, τότε τα ποτάμια, οι λίμνες και οι θάλασσες της Γης θα πάγωναν από τον πυθμένα προς την επιφάνεια. Σ’ αυτήν την περίπτωση, όμως, ακόμη και οι ωκεανοί θα πάγωναν τελείως σε βάθος χρόνου, εξολοθρεύοντας κάθε μορφή ζωής που θα ζούσε εκεί. Επομένως, η ύπαρξη του νερού σε υγρή μορφή είναι το τρίτο βασικό προαπαιτούμενο για την ζωή.  

Προφανώς, η ύπαρξη νερού σε υγρή μορφή εξαρτάται από την πίεση της ατμόσφαιρας και την επιφανειακή θερμοκρασία ενός πλανήτη. Προκειμένου, όμως, ένας πλανήτης να διαθέτει σημαντική ατμόσφαιρα θα πρέπει πρωτίστως να έχει αρκετή μάζα, ώστε να μπορεί να την συγκρατήσει με την βαρύτητά του. Επί πλέον, ένας πλανήτης είναι απαραίτητο να διαθέτει μια ελάχιστη μάζα, προκειμένου να διαθέτει τεκτονική δραστηριότητα, με την βοήθεια της οποίας ανακυκλώνεται το διοξείδιο του άνθρακα (CO2) στην ατμόσφαιρά του. Εκτός αυτού, ένας γεωλογικά νεκρός κόσμος δεν θα μπορούσε να ενεργοποιήσει το μαγνητικό του πεδίο που συμβάλει στην προστασία του από τις επικίνδυνες ακτινοβολίες του Διαστήματος. Για τον ίδιο λόγο, η ύπαρξη ατμόσφαιρας είναι εξίσου σημαντική, αφού κι’ αυτή παρέχει σημαντική προστασία ενάντια στα βλαβερά σωματίδια της υπεριώδους ακτινοβολίας των άστρων. Προφανώς, σ’ αυτό το σημείο υπονοούμε ότι μια ακόμη συνθήκη, απαραίτητη για την ζωή, είναι να αναπτύσσεται σε ένα σχετικά προστατευμένο περιβάλλον. Υπ’ αυτήν την άποψη, η ύπαρξη ενός μεγάλου δορυφόρου που θα σταθεροποιεί με την βαρυτική του έλξη τον άξονα περιστροφής ενός πλανήτη συμβάλει κι’ αυτή στην διαμόρφωση ενός τέτοιου περιβάλλοντος, αφού σε διαφορετική περίπτωση, τα καιρικά φαινόμενα, αλλά και οι κλιματικές μεταβολές σε βάθος χρόνου, θα ήταν σαφώς βιαιότερα.  

Η μέση θερμοκρασία στην επιφάνεια ενός πλανήτη, από την άλλη, προσδιορίζεται από το ποσοστό της ακτινοβολίας που απορροφά από το άστρο του (που τείνει να την αυξήσει) σε σχέση με το ποσοστό της ακτινοβολίας που ανακλά (που συμβάλει στην μείωσή της) και φυσικά εξαρτάται από την μέση απόσταση του πλανήτη από το άστρο του. Το ποσοστό, όμως, της ακτινοβολίας που ανακλά ένας πλανήτης εξαρτάται και από άλλους παράγοντες, όπως από την νεφοκάλυψη και την σύσταση της ατμόσφαιράς του. Ειδικότερα, όσο μεγαλύτερη είναι η συγκέντρωση αερίων του θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα ενός πλανήτη (όπως υδρατμοί και CO2) τόσο μεγαλύτερο είναι το ποσοστό της υπέρυθρης ακτινοβολίας που παγιδεύει. Για παράδειγμα, το μεγαλύτερο μέρος της ηλιακής ακτινοβολίας που φτάνει στην Γη, ανακλάται στο Διάστημα ή απορροφάται από την ατμόσφαιρά της, όπως συμβαίνει με τις ακτίνες Χ, αλλά και με την βλαβερή υπεριώδη ακτινοβολία, που απορροφάται από την ασπίδα του όζοντος. Επειδή, όμως, η γήινη ατμόσφαιρα είναι διαφανής στην ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία του Ήλιου που αντιστοιχεί στο ορατό φως, η ακτινοβολία αυτή την διασχίζει ανεμπόδιστα και, φτάνοντας στην επιφάνεια του πλανήτη μας, την θερμαίνει. Το έδαφος, στη συνέχεια, επανεκπέμπει θερμότητα με την μορφή της υπέρυθρης ακτινοβολίας. Ενώ, όμως η γήινη ατμόσφαιρα είναι διαφανής, όπως είπαμε, στην ορατή ακτινοβολία, δεν ισχύει το ίδιο για την υπέρυθρη. Αυτό οφείλεται στα αέρια του θερμοκηπίου που εμπεριέχει, τα οποία την παγιδεύουν, «φυλακίζοντας» παράλληλα και την θερμική ενέργεια που της αντιστοιχεί. Γι’ αυτό και ο πλανήτης μας είναι αρκετά θερμότερος απ’ όσο θα ήταν χωρίς το φαινόμενο του θερμοκηπίου.  

Ένα ακόμη στοιχείο ευνοϊκό για την ζωή είναι ότι ο πλανήτης μας διαθέτει έναν φυσικό «θερμοστάτη» που, όταν λειτουργεί σωστά, μειώνει σε βάθος χρόνου την θερμοκρασία του, όταν αυτή αυξάνει υπερβολικά και την αυξάνει, όταν χαμηλώνει επικίνδυνα. Αυτός ο πολύπλοκος θερμοστάτης βασίζεται στην αλληλοσυμπληρούμενη λειτουργία τουλάχιστον τριών φυσικών μηχανισμών: του κύκλου του νερού, του κύκλου του άνθρακα και της γεωτεκτονικής δραστηριότητας. Ο κύκλος του νερού, ή υδρολογικός κύκλος, είναι απλά η αέναη ανακύκλωση και μεταφορά του νερού από την ξηρά στους ωκεανούς, μέσω των τρεχούμενων υδάτων, εν συνεχεία από τους ωκεανούς και τα επιφανειακά νερά στην ατμόσφαιρα, μέσω της εξάτμισης και εντέλει από την ατμόσφαιρα στην επιφάνεια της Γης, μέσω της συμπύκνωσης και κατακρήμνισης. Ο κύκλος του νερού, με τη σειρά του, συμβάλλει στην λειτουργία του κύκλου του άνθρακα, δηλαδή του βασικού μηχανισμού με τον οποίο  ανακυκλώνεται ο άνθρακας και κατά συνέπεια η περιεκτικότητα της ατμόσφαιρας σε CO2.  

Αυτό που συμβαίνει είναι το εξής: το CO2 που υπάρχει στην ατμόσφαιρα της Γης μεταφέρεται μέσω της βροχής στην επιφάνειά της. Εκεί, ένα ποσοστό του απορροφάται από τα επιφανειακά πετρώματα, ενώ κάποιο άλλο αλληλεπιδρά μ’ αυτά, αποδεσμεύοντας ασβέστιο, για να καταλήξει μέσω της διάβρωσης στους ωκεανούς. Οι μικροοργανισμοί που αποτελούν το πλαγκτόν δεσμεύουν στη συνέχεια CO2 και ασβέστιο, με τα οποία κατασκευάζουν τους μικροσκοπικούς εξωσκελετούς τους. Όταν όμως οι μικροοργανισμοί αυτοί ολοκληρώσουν το κύκλο της ζωής τους, τα νεκρά τους σώματα, μαζί με τα αποθέματά τους σε άνθρακα καταλήγουν στον ωκεάνιο πυθμένα, όπου και συσσωρεύονται το ένα πάνω στο άλλο, για να μετατραπούν με το πέρασμα του γεωλογικού χρόνου σε πετρώματα, όπως ο ασβεστόλιθος. Στην ξηρά, από την άλλη, ο άνθρακας που έχει δεσμευθεί από τα φυτά και τα ζώα του πλανήτη καταλήγει στο έδαφος, όταν αυτά πεθάνουν και αποσυντεθούν. Κάποιο ποσοστό του επανακάμπτει στην ατμόσφαιρα, ενώ το υπόλοιπο καταλήγει στο εσωτερικό του γήινου φλοιού, όπου μετατρέπεται σε ορυκτούς υδρογονάνθρακες. 

Εδώ «παρεμβαίνει» ο τρίτος μηχανισμός του πλανητικού μας θερμοστάτη, που δεν είναι άλλος από τη γεωτεκτονική δραστηριότητα. Εξ αιτίας της κίνησης των τεκτονικών πλακών, τα πετρώματα που απορρόφησαν το ατμοσφαιρικό CO2 είναι δυνατό να εισχωρήσουν βαθιά στο υπέδαφος, όπου χάρη στις τεράστιες θερμοκρασίες και πιέσεις το αποδεσμεύουν. Από τα βάθη του φλοιού της Γης, τέλος, το CO2 επιστρέφει στην ατμόσφαιρα μέσα από την ηφαιστειακή δραστηριότητα. Με δύο λόγια, ο κύκλος του άνθρακα, με τη συμβολή του κύκλου του νερού, απομακρύνει το CO2 από τη γήινη ατμόσφαιρα και το μεταφέρει στους ωκεανούς και στο γήινο φλοιό, απ’ όπου επιστρέφει στην ατμόσφαιρα με τις ηφαιστειακές εκρήξεις. 

Τα όσα είπαμε ως τώρα σε καμία περίπτωση δεν υπονοούν ότι η εμφάνιση της ζωής είναι αδύνατη σε πλανήτες και δορυφόρους που βρίσκονται σε μεγάλες αποστάσεις από το άστρο τους ή σε ουράνια σώματα που δεν διαθέτουν ατμόσφαιρα. Τέτοια ουράνια σώματα είναι πιθανό να έχουν ευνοήσει την εμφάνιση της ζωής κάτω από την επιφάνειά τους, αρκεί να διαθέτουν μια αρκετά «αποδοτική» εσωτερική πηγή ενέργειας. Γνωρίζουμε, για παράδειγμα, ότι οι περισσότεροι από τους δορυφόρους του Δία και του Κρόνου περιέχουν τεράστιες ποσότητες νερού με την μορφή πάγου, ενώ κάποιοι απ’ αυτούς περιέχουν και συμπυκνωμένους υδρογονάνθρακες, καθώς και άλλες οργανικές ενώσεις στην επιφάνειά τους. Το πρόβλημα που αντιμετωπίζει η πιθανή ύπαρξη ζωής σ’ αυτούς είναι ότι εξαιτίας της μεγάλης τους απόστασης από τον Ήλιο, η επιφανειακή τους θερμοκρασία είναι απαγορευτικά χαμηλή. Υπάρχει, όμως, ένας φυσικός μηχανισμός που, σε κάποιους απ’ αυτούς τουλάχιστον, μπορεί να αυξήσει την θερμοκρασία στο εσωτερικό τους, τόσο πολύ μάλιστα ώστε να διατηρούν το νερό που υπάρχει εκεί σε υγρή μορφή. Ο μηχανισμός αυτός δεν είναι άλλος από την παλιρροϊκή θέρμανση.  

Καθώς, δηλαδή, οι δορυφόροι αυτοί κινούνται γύρω από τον πλανήτη τους, οι παλιρροϊκές δυνάμεις, που ασκούνται στον βραχώδη πυρήνα τους, απελευθερώνουν εξαιτίας της τριβής τεράστια ποσά θερμότητας που θερμαίνουν το εσωτερικό τους. Ως τώρα γνωρίζουμε ότι δύο τουλάχιστον από τους παγωμένους αυτούς κόσμους υπόκεινται σε αρκετή παλιρροϊκή θέρμανση, ώστε να κρύβουν στο εσωτερικό τους νερό σε υγρή μορφή: η Ευρώπη, ένας από τους δορυφόρους του Δία, και ο Εγκέλαδος, ένας από τους δορυφόρους του Κρόνου. 

 

π