Λιθοπανσπερμία: η θεωρία της διάδοσης της ζωής μέσα σε ένα σμήνος άστρων

Πηγή: Universe Today, Μάιος 2005

Η θεωρία της πανσπερμίας λέει ότι η ζωή ξεκίνησε από αλλού, μεταφερόμενη από πλανήτη σε πλανήτη - ή ακόμα και από το αστέρι σε αστέρι. Η ζωή μπορεί να είναι παντού. Υποθέτοντας ότι η υπόθεση αυτή είναι αληθινή, πώς τα μονοκύτταρα βακτηρίδια ταξιδεύουν μέσα από το κενό διάστημα;

Με ευκολία, χρησιμοποιούν μεγάλα κομμάτια βράχου ως διαστημικά σκάφη, μια διαδικασία που λέγεται λιθοπανσπερμία. Και τώρα, ερευνητές από το φημισμένο Princeton και το πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν νομίζουν ότι οι βράχοι που μεταφέρουν τη ζωή μπορεί να υπήρχαν στην αρχή του ηλιακού συστήματός μας, διατηρώντας τους μικροσκοπικούς 'αστροναύτες' τους ασφαλείς και υγιείς σε κατάσταση κατάψυξης, μέχρι να διαμορφωθούν οι πλανήτες και οι κατάλληλες συνθήκες για να ξεπαγώσουν, να ανοίξει η γενετική αλυσίδα τους, και να αρχίσουν μια διαδικασία που οδήγησε από το μικρόβιο στην ανθρωπότητα.

Δεξιά: Το 1953, οι Stanley Miller και Harold Urey από το Πανεπιστήμιο του Σικάγου έκαναν μία ανακάλυψη σταθμό: ανέμειξαν μόρια από τις χημικές ενώσεις που εικάζουμε ότι υπήρχαν ήδη από τα πρώτα στάδια σχηματισμού της γήινης ατμόσφαιρας -μόρια μεθανίου, αμμωνίας, υδρογόνου και υδρατμών-, προκαλώντας παράλληλα ηλεκτρικές εκκενώσεις οι οποίες έπαιζαν το ρόλο των κεραυνών. Σε μία εβδομάδα είχαν σχηματιστεί αμινοξέα, οι δομικές μονάδες των πρωτεϊνών - και συνεπώς της ζωής. Ήταν μία απόδειξη ότι τυχαίες χημικές αλληλεπιδράσεις θα μπορούσαν να οδηγήσουν στην εμφάνιση των έμβιων οργανισμών του πλανήτη.

Τα πράγματα φαίνονται να άρχισαν απλό αλλά έπειτα έγιναν πιο σύνθετα. Η ζωή έτσι ξεκίνησε στη Γη αλλά και όπου αλλού την ερευνούμε. Αλλά, οι πιο πρωτόγονες, αρχικές μονοκύτταρες μορφές ζωής, συγχωνεύτηκαν από τα οργανικά μόρια εδώ στη γη; Ή είναι πιθανόν οι κοσμικοί άνεμοι να μετέφεραν οργανισμούς από κόσμο σε κόσμο αργότερα για να ριζώσουν και να ακμάσουν; Και εάν αυτό συμβαίνει, πώς έγινε μια τέτοια "διασπορά";

450 χρόνια π.Χ. ο έλληνας φιλόσοφος Αναξαγόρας από την Ιωνία πρότεινε ότι όλα τα όντα ξεπήδησαν από ορισμένους πανταχού παρόντες "σπόρους της ζωής". Η σημερινή έννοια τέτοιων "σπόρων" είναι πολύ περιπλοκότερη από αυτό που μπορούσε ο Αναξαγόρας ενδεχομένως να προβλέψει - περιορισμένος καθώς ήταν να κάνει απλές παρατηρήσεις σε οργανισμούς,  όπως φυτά, έντομα, σκουλήκια ή σε απλά φυσικά φαινόμενα, όπως ο ήχος, ο αέρας, το ουράνιο τόξο, τους σεισμούς, τις εκλείψεις, τον ήλιο, και το φεγγάρι. Όμως ο Αναξαγόρας παραμένει εκπληκτικά σύγχρονος στη σκέψη.

Περίπου, 2.300 χρόνια έτη αργότερα - κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του 1830 - ο σουηδός χημικός Jöns Jackob Berzelius επιβεβαίωσε ότι βρέθηκαν σε ορισμένους μετεωρίτες ενώσεις του άνθρακα "που έπεσαν από τους ουρανούς". Ο ίδιος εντούτοις ο Berzelius, υποστήριξε ότι αυτά τα ανθρακικά άλατα είχαν μολυνθεί καιώς εισήλθαν στην γη - αλλά η ανακάλυψη του συνέβαλε στις θεωρίες, που προτάθηκαν αργότερα από φιλοσόφους, όπως ο παθολόγος H.E. Richter και ο φυσικός Λόρδος Kelvin.

Η θεωρία της πανσπερμίας για πρώτη φορά επεξεργάστηκε από τον Hermann von Helmholtz το 1879, αλλά  το 1908 ο Svante Arrhenius - σουηδός χημικός με βραβείο Νόμπελ το 1903 - διέδωσε την ιδέα ότι η ζωή προέρχεται από το διάστημα, Ίσως είναι εκπληκτικό, αλλά εκείνη η θεωρία βασίστηκε στην ιδέα ότι η πίεση της ακτινοβολίας από τον ήλιο  και από τα άλλα αστέρια "φύσηξε" τα μικρόβια - περίπου σαν να ήταν μικροσκοπικά ηλιακά ιστία - και δεν δημιουργήθηκαν από τις ενώσεις του άνθρακα που έφτασαν πάνω σε κάποιο πετρώδη μετεωρίτη.

Η θεωρία της 'λιθοπανσπερμίας' λέει οι απλές μορφές ζωής ταξιδεύουν, εκτοξευμένα σαν τα υλικά των ηφαιστείων, από άλλους κόσμους - και ενσωματωμένες μέσα σε βράχους, οι οποίοι εκτοξεύθηκαν από τις πλανητικές επιφάνειες όταν πάνω τους έπεσαν μεγάλα αντικείμενα. Υπάρχουν πολυάριθμα πλεονεκτήματα σε αυτήν την υπόθεση - οι απλές, σκληραγωγημένες μορφές ζωής βρίσκονται συχνά σε ορυκτά αποθέματα πάνω στη γη και σε απαγορευτικές για τη ζωή τοποθεσίες.  Κόσμοι - όπως ή ο Άρης - τραντάζονται περιστασιακά από αστεροειδείς και κομήτες αρκετά μεγάλους τέτοιους ώστε να εκσφενδονίζονται βράχοι από την επιφάνεια, με ταχύτητες που υπερβαίνουν τις ταχύτητες διαφυγής. Τα μεταλλεύματα των βράχων αυτών μπορεί να προστατεύσουν τα μικρόβια από τον κλονισμό, καθώς και την επικίνδυνη ακτινοβολία από τον ήλιο όταν ταξιδεύουν στο διάστημα. Οι πιο σκληραγωγημένες μορφές της ζωής έχουν επίσης τη δυνατότητα να επιζήσουν σε ένα ψυχρό κενό, ευρισκόμενες σε κατάσταση 'χειμερίας νάρκης', μειώνοντας έτσι τις χημικές αλληλεπιδράσεις στο μηδέν και διατηρώντας τη βιολογική δομή τους αρκετά καλά ώστε αργότερα να ξεπαγώσουν και να πολλαπλασιαστούν σε ένα πιο υγιεινό και καλύτερο περιβάλλεον.

Σε ένα σχετικό πρόγραμμα που διευθύνεται από τα μέλη του Ιδρύματος Αστροβιολογίας της NASA, οι επιστήμονες έχουν δημιουργήσει πρωτόγονες οργανικές δομές σαν τα κύτταρα. Και το πέτυχαν στο εργαστήριό τους αναπαράγοντας τις σκληρές συνθήκες του ψυχρού διαστρικού διαστήματος. Μήπως το ίδιο έγινε και με τους κομήτες όταν μετέφεραν τέτοια πρωτοκύτταρα  στη γη;

Στην πραγματικότητα έχουμε τώρα στη γη αρκετά παραδείγματα εκτοξεύσεων στο διάστημα τέτοιων μορφών ζωής, για επιστημονική ανάλυση. Οι πετρώδεις μετεωρίτες μπορούν να περιέχουν μερικές πολύ περίπλοκες μορφές οργανικών υλικών (έχουν βρεθεί ανθρακούχοι χονδρίτες να περιέχουν αμινικά και καρβοξυλικά οξέα). Στη διάθεση της NASA υπάρχουν διάφορα απολιθωμένα κατάλοιπα ειδικά από τον Άρη.  Η θεωρία και η πρακτική "της λιθοπανσπερμίας φαίνονται πολύ ελπιδοφόρα - αν και μια τέτοια θεωρία μπορεί να εξηγήσει μόνο το από που προέρχονται οι απλούστερες μορφές της ζωής - και όχι το πώς ξεκίνησαν δημιουργήθηκαν για να αρχίσει με.

Εργασία αστροφυσικών

Σε μια εργασία με τίτλο "Λιθοπανσπερμία στα σχηματιζόμενα σμήνη των άστρων", που δημοσιεύτηκε στις 29 Απριλίου του 2005, οι κοσμολόγοι Fred C. Adams του πανεπιστημίου του Μίσιγκαν του Κέντρου για τη Θεωρητική Φυσική και του David Spergel του Τμήματος Αστροφυσικών Επιστημών του πανεπιστημίου του Princeton, συζητούν την πιθανότητα να μεταφέρθηκε η μικροβιακή ζωή από τον ανθρακούχο χονδρίτη μέσα στα αρχικά σμήνη των άστρων. Σύμφωνα με τους δύο επιστήμονες, "οι πιθανότητες της διάδοσης βιολογικού υλικού από το ένα σύστημα σε ένα άλλο, φαίνεται να είναι  πολύ ενισχυμένο. Και οφείλεται στο γεγονός της στενής προσέγγισης των συστημάτων και των χαμηλών σχετικά ταχυτήτων".

Σύμφωνα με τους συντάκτες της εργασίας, οι προηγούμενες μελέτες έχουν εξετάσει την πιθανότητα οι βράχοι που μεταφέρουν τη ζωή (και υπερβαίνουν τα 10 κιλά) να διαδραματίζουν έναν ρόλο στη διάδοση της ζωής μέσα στα απομονωμένα πλανητικά συστήματα. Έχουν δε βρει "ότι οι πιθανότητες μεταφοράς και των μετεωριτών και της ζωής είναι υπερβολικά μικρές." Εντούτοις, "οι πιθανότητες της μεταφοράς αυξάνονται στα πυκνά περιβάλλοντα" και "δεδομένου ότι το χρονικό διάστημα για το σχηματισμό των πλανητών και ο χρόνος που αναμένονται να ζήσουν τα νέα αστέρια στα νέα σμήνη είναι κατά προσέγγιση συγκρίσιμος, περίπου 10 - 30 εκατομμύρια μόνο χρόνια, συντρίμμια από το σχηματισμό των πλανητών έχουν μια καλή πιθανότητα να μεταφερθούν από το ένα ηλιακό σύστημα σε άλλο".

Τελικά οι Fred και David συμπεραίνουν ότι τα "νέα σμήνη των αστεριών προσφέρουν ένα αποδοτικό μέσο μεταφοράς βραχώδους υλικού από το ένα ηλιακό σύστημα σε ένα άλλο. Εάν ένα οποιοδήποτε σύστημα μπορεί να στηρίξει τη ζωή, τότε πολλά άλλα συστήματα μέσα στο σμήνος μπορούν να 'συλλάβουν' τους βράχους που μεταφέρουν τη ζωή".

Για να φθάσουν σε αυτό το συμπέρασμα, οι δυο τους εκτέλεσαν "μια σειρά αριθμητικών υπολογισμών για να υπολογίσουν την κατανομή των ταχυτήτων εκτίναξης των βράχων", βασισμένων στο μέγεθος και τη μάζα των βράχων. Εξέτασαν επίσης τη δυναμική των πρώτων άστρων που σχημάτισαν τις ομάδες και τα σμήνη. Αυτοί οι υπολογισμοί βοήθησαν στο να βρεθεί ότι οι βράχοι μπορούσαν να συλληφθούν από τους πλανήτες στα γειτονικά συστήματα. Τέλος έπρεπε να κάνουν ορισμένες υποθέσεις για τη συχνότητα των υλικών, μέσα στα οποία κρατήθηκε η ζωή και την ικανότητα επιβίωσης των μορφών της ζωής που ενσωματώθηκαν μέσα σε αυτά τα υλικά. Όλο αυτοί οι υπολογισμοί κατέληξαν σε μια αίσθηση "ότι υπήρχε μεγάλος αριθμός επιτυχών γεγονότων λιθοπανσπερμίας ανά σμήνος".

Με βάση τις μεθόδους που χρησιμοποιήθηκαν για να φθάσουν σε αυτό το συμπέρασμα και θεωρώντας τις σημερινές αποστάσεις μεταξύ των ηλιακών συστημάτων, το ζεύγος των επιστημόνων υπολόγισε την πιθανότητα να έχει η Γη εξαγάγει τη ζωή σε άλλα συστήματα. Ξέροντας την ηλικία της εμφάνισης της ζωής πάνω στη γη (περίπου πριν 4 δισ. έτη) οι Fred και David υπολόγισαν ότι η γη έχει εκτινάξει περίπου 40 δισεκατομμύρια τέτοιους λίθους, που μεταφέρουν ζωή. Από τους κατ' εκτίμηση 10 τέτοιους βιο-λιθους το χρόνο, σχεδόν ο ένας θα προσγειωθεί σε έναν πλανήτη κατάλληλο για την περαιτέρω ανάπτυξη και τον πολλαπλασιασμό τους.

Ο Fred λέει ότι "η εξωβιολογία άρχισε να τους ενδιαφέρει όταν αυτός και ο David ήταν θερινοί σπουδαστές μαζί στη Νέα Υόρκη το 1981". Ο Fred δαπανά ένα μεγάλο μέρος του ερευνητικού χρόνου του στα προβλήματα που συνδέονται με το σχηματισμό αστεριών και πλανητών. Και ο ίδιος αναγνωρίζει τον ειδικό ρόλο του David να σκεφτεί "επάνω στην ιδέα της εξέτασης της πανσπερμίας στα σμήνη. Όταν μιλήσαμε για αυτό το θέμα έγινε σαφές ότι είχαμε όλα τα κομμάτια του γρίφου. Έπρεπε μόνο να τα βάλουμε μαζί".

Ο Fred Adams δουλεύει σαν θεωρητικός αστροφυσικός του πανεπιστημίου του Μίσιγκαν.

Ακολούθως η διεπιστημονική προσέγγιση της κοσμολογίας και της εξωβιολογίας τους οδήγησε να εξετάσουν το θέμα της Λιθοπανσπερμίας μεταξύ των σμηνών. Πάλι χρειάστηκε να χρησιμοποιήσουν τις μεθόδους που αναπτύχθηκαν για να ερευνήσουν τον πολλαπλασιασμό της ζωής μέσα στα σμήνη, και που εφαρμόστηκαν αργότερα στην εξαγωγή της ζωής από την ίδια τη γη σε άλλους εξω-ηλιακούς πλανήτες. Τελικά οι Fred και David ήταν σε θέση να καταλήξει στο συμπέρασμα ότι "ένα νέο σμήνος είναι πιθανότερο να συλλάβει τη ζωή από το εξωτερικό από το να προκαλέσει την ίδια τη ζωή αυθόρμητα. Και μόλις η ζωή 'σπαρθεί', το σμήνος παρέχει έναν αποτελεσματικό μηχανισμό ενίσχυσης ώστε να διασκορπιστεί και σε άλλα μέλη μέσα στο ίδιο σμήνος".

Εντούτοις, οι Fred και David δεν μπορούν να απαντήσουν στο ζήτημα που και υπό ποιους όρους  έλαβαν τη μορφή τους οι πρώτοι σπόροι της ζωής. Στην πραγματικότητα, είναι πρόθυμοι να αναγνωρίσουν ότι "εάν η αυθόρμητη προέλευση της ζωής ήταν αρκετά συνηθισμένη, δεν θα υπήρχε καμία ανάγκη για οποιοδήποτε μηχανισμό πανσπερμίας για να εξηγηθεί η παρουσία της ζωής".

Αλλά, σύμφωνα με τους δύο τους, μόλις αποκτήσει η ζωή μια βάση κάπου, κατορθώνει να σκορπιστεί τριγύρω εντελώς εύκολα".