|
Muligheden for liv andetsteds i universet
Christopher F. Chyba*
Fire måder at lede efter liv på Astrobiologi og den menneskelige fremtid
Et
kendetegn ved de videnskabelige undersøgelser, som blev foretaget for det
Internationale Geofysiske År (IGY) i 1957-1958, var et eftertryk på globale
målinger. Studier af Jordens ionosfære, for eksempel - afgørende for teorien
om kortbølge radiokommunikation - krævede data fra hele globen. Der gik
bestemt koordinerede internationale studier forud for IGY, men brugen af
globaliseret dataindsamling til at støtte forbedringer i verdensomspændende
kommunikationsteknologi var en budbringer for vore dages
"globalisering," et udtryk som nu, 50 år senere, næsten er en
kliché.
Men IGY krævede en endnu større sammenhæng. Studier af den øvre atmosfære behøvede også en forståelse af Jordens vekselvirkning med Solen. Forståelse af Jorden krævede at Jorden blev placeret i sin sammenhæng med Solsystemet. I denne forstand kan IGY også ses som en forløber for det, der nu kaldes "astrobiologi." Da han skrev i 1974, kort efter Månelandingerne, forsikrede Carl Sagan, at vi for første gang kunne prøve at forstå liv på Jorden i dets kosmiske sammenhæng. Rumfart afslørede, at dette ikke blot var en metafor, men håndgribeligt sandt: vi kunne kun håbe på at forstå oprindelsen og udviklingen af liv på Jorden ved at placere Jorden i sammenhæng med dens solsystems miljø og dens galaktiske miljø. Desuden formes vor forståelse af udsigterne til liv andetsteds stærkt af vor voksende viden om liv på Jorden.
En diskussion af liv andetsteds begynder derfor naturligt med en betragtning af biosfæren her på Jorden. På Jordens overflade er der noget i retning af et tusinde trillioner kilogram kulstof låst fast i de levende ting, som vi let ser med vort blotte øje - planter, dyr, og svampe. Det meste af denne "biomasse" er i træer. Men i løbet af de sidste par årtier har vi opdaget, at der synes at være en lignende biomasse af mikroskopiske organismer, som lever i oceanerne, og en anden sammenlignelig biomasse - dette opdaget gennem dybe boreprojekter i Jorden - af mikroskopiske organismer, der lever underjordisk ned til dybder på mindst adskillige kilometer. Det ser ud til, at i det mindste en lille brøkdel af denne underjordiske biosfære er uafhængig af overfladeforholdene - der lever, f.eks., mikroorganismer under overfladen idag, som efter al sandsynlighed ville fortsætte med at trives, selvom Solen gik ud og fotosyntesen lukkede ned, imorgen. Dette gælder ikke for en stor del af livet under overfladen, hvoraf meget afhænger direkte eller indirekte af energien, der høstes fra sollys på Jordens overflade - fordi det afhænger af de organiske molekyler frembragt ved fotosyntese, eller afhænger af de oxiderede molekyler, der er resultatet af oxygen frigjort ved fotosyntese. Men det ser ud til, at nogle mikroorganismer - som de der tjener til livets ophold ved at kombinere brint (frembragt fra vand under overfladen, der forvitrer klipper) med opløst kultveilte - måske virkelig repræsenterer økosystemer, der er uafhængige af overfladen. Så længe som flydende vand vedvarer i Jordens indre - og det vil være tilfældet så længe der er nok indre geotermisk opvarmning til at opretholde et lag i Jordens klipper, hvor flydende vand eksisterer - synes det sandsynligt, at der vil være en biosfære under overfladen.
Opklaringen af Jordens biosfære under overfladen ændrer måden, hvorpå vi tænker over udsigterne for liv andetsteds. Hvis dybe biosfærer er mulige, selv overfor barske overfladeforhold, så synes udsigterne for liv under overfladen på Mars, Europa eller andetsteds større. Men vi skal huske, at kravene til beboelighed ikke nødvendigvis er de samme som kravene til livets oprindelse. På Mars er det i det mindste muligt, at liv oprandt på overfladen, hvor det kunne drage fordel af den enorme til rådighed værende energi fra Solen, og så emigrerede under overfladen, da overfladen blev til en frysetørret ørken. I tilfældet med Jupiters måne Europa, som sandsynligvis huser et ocean af flydende vand under overfladen, forekommer det usandsynligt at der var gæstfri overfladeforhold, om nogen, i mere end et flygtigt øjeblik tidligt i Solsystemets historie. For at der skal være liv i Europas ocean, skulle det sandsynligvis være opstået under overfladen. Vi forstår ikke livets oprindelse godt nok til at vurdere sandsynligheden af dette scenario.
I begge disse tilfælde - Mars og Europa - synes liv i det mindste muligt på grund af den sandsynlige tilstedeværelse af flydende vand under overfladen. Er det fair at spørge: skal liv afhænge af flydende vand? Hvor mange af de tilsyneladende universelle egenskaber ved liv på Jorden er krav til livet overalt? Liv på Jorden er baseret på kulstof; er dette et generelt krav eller simpelthen et af mange mulige alternativer?
Vi kan selvfølgelig ikke besvare dette spørgsmål med tillid, før vi ved mere og har udforsket videre. Men vi får allerede nogle tegn på svaret. Overvej alternativer til kulstof. Spekulationer har ofte fokuseret på siliciumbaseret liv som et alternativ til det kulstofbaserede liv, vi kender. Den teoretiske grund til dette kan ses ved at kate et blik på den periodiske tabel over grundstoffer; silicium sidder direkte under carbon i denne tabel, hvilket er en kort måde at sige på, at dets kemiske egenskaber er lignende. Da silicium, som kulstof, også er et udbredt grundstof i universet, kunne det se ud til at være et godt alternativ. Men faktisk er siliciums kemi mere begrænset; undtaget under ualmindelige laboratorieforhold vil silicium atomer ikke danne dobbeltbindinger med sig selv, som kulstofatomer gør, så siliciumkemi er væsentlig mere begrænset end kulstofkemi. Det er en konsekvens af den kendsgerning at siliciumatomerne helt enkelt er større end kulstofatomer, hvilket gør dobbeltbindinger meget mere vanskelige.
Ovenpå
denne teoretiske advarsel er der en empirisk opdagelse, der kommer fra
undersøgelser af rummet mellem stjernerne, det interstellare medium (ISM),
ved radio bølgelængder. Sondering af ISM ved radiofrekvenser afslører, at der
er en rig kulstofkemi gennem hele vor galakse; til dato er der observeret et
hundrede kulstofbaserede molekyler i ISM. Der ses ingen sammenlignelig
samling af siliciumbaserede molekyler. Men ISM blev ikke undersøgt primært
for at afprøve hypotesen om siliciumbaseret liv. Forskerne ønskede snarere at
finde ud af, hvad der var derude - det var i det store og hele
udforskningsvidenskab, ikke hypotese-afprøvende videnskab. Men som resultat
af udforskningen forekommer det mere sandsynligt at kulstof vil være
grundlaget for kemisk liv andetsteds i universet, hvis der eksisterer noget.
Dette er selvfølgelig højst en betydning, ikke en stærk konklusion.
Alt liv, vi kender på Jorden, er kulstofbaseret, men det deler desuden mange flere fælles egenskaber. Dets grundlæggende biokemi er også den samme: livet på Jorden opbevarer dets genetiske information som deoxyribonucleic acid, DNA, og bruger proteiner til at udføre det meste af forretningsgangen med stofskifte, bevægelsesevne og andre opgaver. Et molekyle, som er nært beslægtet med DNA, kaldet ribonucleic acid, eller RNA, bruges til at gå mellemvejen melem den genetiske information i DNA og konstruktionen af proteiner ifølge de genetiske planer. Der er visse viruser, som opbevarer deres genetiske information i RNA, men for at reproducere skal dette RNA omdannes til DNA inde i en værtcelle og det DNA-protein reproduktive maskineri i den celle skal aktiveres. Det er muligt - skønt der indtil nu ikke er gode vidnesbyrd for dette - at der er enkeltcellede organismer på Jorden, der er ulig det DNA-protein liv som vi kender og som forbliver udetekteret. Sådant liv ville med sikkerhed være usynligt for DNA sonder. Men i fraværet af nogen vidnesbyrd er det vanskeligt at spekulere meget længere i denne retning. Indtil videre er det liv, vi kender på Jorden DNA-protein liv.
Livet på Jorden bygger sine proteiner ved at trække forskellige rækkefølger af aminosyrer blandt 20, der er kodet for i DNAs genetiske sekvens, på snor. Et lille antal andre aminosyrer bruges også lejlighedsvis. Men fra en stor liste af mulige aminosyrer, der kunne eksistere - omkring 70 forskellige typer er fundet, f.eks., i visse meteoritter - , bruger livet på Jorden kun et lille undersæt.
Det, som gør indtryk, er, at DNA ligheder kan bruges til at konstruere et "fylogenetisk træ" - et træ af evolutionære forhold - for alt kendt liv på Jorden. Disse træer gør det klart, at alt kendt liv på Jorden er beslægtet og faktisk kan spores tilbage til en "sidste fælles forfader." Den eksakte natur af denne sidste fælles forfader debatteres, men beslægtetheden af Jordens liv gør ikke. Der er kun én kendt form for liv på Jorden, med en fælles oprindelse.
Nogle
laboratorier kommer tæt på at lave former for liv (ifølge nogle definitioner
af "liv"), som er anderledes end DNA-protein liv og det er
selvfølgelig muligt at helt anderledes former for liv kunne blive opdaget
andetsteds i Solsystemet eller længere ude. Man kunne forestille sig, at det
ville være belejligt at have en generel definition af, hvad liv er, adskilt
fra nogle særlige detaljer ved liv på Jorden. Mindst siden Aristoteles har
der været en indsats for at definere, hvad liv er eller give lister over dets
væsentlige egenskaber. Mange definitioner er blevet foreslået. Deres ene
fælles egenskab er, at de alle fejler.
Der har, f.eks., været metaboliske definitioner, der prøver at definere liv som noget, der tager energi ind, bruger den til at udføre arbejde, og så udskiller spildprodukter. Men ild - som de fleste ikke ville ønske at kalde "levende" - synes også at gøre alle disse ting. Faktisk er den kemiske reaktion, der driver ild, i det væsentlige den samme, som vi selv bruger. Termodynamiske definitioner hævder, at liv kendetegnes af en brug af energi til at skabe lokal orden, men mineralkrystaller gør det samme og de fleste videnskabsfolk ville ikke ønske at tælle krystaller med til "liv." Dette er et fælles problem: foreslåede definitioner inkluderer enten ting, der ikke synes at være levende eller udelukker ting, som vi betragter som levende. Selv de populære genetiske eller darwinske definitioner af liv synes at udelukke visse entiteter, der utvivlsomt er i live, men som ikke er i stand til darwinsk udvikling.
Filosoffen Carol Cleland og jeg har hævdet, at dette generelle problem ikke burde forbavse os. Vi har sammenlignet den nuværende situation med den Leonardo da Vinci stod overfor, da han for fem århundreder siden kæmpede med, hvad "vand" er. Der er en side i hans Arundel Codex på hvilken han katalogiserer de modstridende egenskaber ved vand - han overvejer kun flydende vand - og bemærker, at det sommetider er gult, sommetider grønt, sommetider mudret; sommetider bittert, sommetider sødt og så videre. Det er bare meget svært for Leonardo at sige, hvad den fundamentale natur af vand er. Leonardo prøvede at forstå "vand" på et tidspunkt før der var nogen teori om atomer og molekyler. Når en sådan teori først eksisterer, er det let at sige, hvad vand er - vand er H2O - fuldt stop, slutningen på historien. Denne klarhed kommer ikke fra en "definition" på vand men snarere en teoretisk identitetserklæring. I molekylær teoris sammenhæng kan vand identificeres præcist og der er ingen tvetydighed. Vand er H2O og det siger os, hvad vi mener, selvom der er urenheder, der gør en flydende opløsning sød, eller grøn og selv hvis vandet er frosset som et fast stof eller kogt til damp. Men denne præcision er kun mulig i sammenhæng med en passende teori.
Men i øjeblikket har vi intet som molekylær teori i vor indsats for at forstå liv. Vi ved ikke engang om en sådan generel teori for liv er mulig. I dens fravær er det svært at se, hvordan en definition af liv vil besvare nogen videnskabelige spørgsmål for os. Definitioner besvarer ikke videnskabelige spørgsmål om verden. På den anden side kan det være umuligt at anvise en generel teori uden det perspektiv, der vil komme fra at opdage andre former for liv - hvis andre former faktisk findes og vi ville være i stand til at erkende dem.
Studiet af liv ud over det vi kender på Jorden blev givet navnet "exobiologi" i et banebrydende papir offentliggjort i Science i 1960 med titlen "Exobiology: Approaches to Life Beyond Earth," skrevet af Nobelpris-tageren, biolog Joshua Lederberg. I 1964 offentliggjorde en anden biolog, George Gaylord Simpson, en slags svarpapir i Science med titlen "The Nonprevalence of Humanoids," i hvilket han hånede exobiologi som en videnskab, hvis emneområde måske ikke findes. Dette er retorisk magtfuldt ved første øjekast men faktisk forvirrende fra synspunktet af en astrofysiker: faktisk drejer meget af arbejdet på forkanten i astrofysik, i fysik og selv i felter som materialevidenskab sig om entiteter eller fænomener, der måske ikke findes. Higgs bosonen, rumtidens højere dimensioner, superledere ved stuetemperatur - kunne alle vise sig ikke at eksistere. Det er et mærkeligt syn på videnskab, at dette betyder, at deres undersøgelse på en måde er latterlig.
Siden
Lederbergs milepæl papir er der blevet foreslået andre ord, som omfatter
feltet. "Cosmobiology" – kosmos’ biologi - er et, som især
tiltrækker mig, men det bruges sjældent. "Bioastronomy" bruges også
men den mest udbredte vending nu i USA er "astrobiologi," defineret
til at betyde studiet af liv i universet. Med denne definition er der ingen
kunstig - og videnskabeligt uklog - opdeling mellem studiet af liv på Jorden
og studiet af muligt liv andetsteds.
Det seneste halve århundredes udforskning af Solsystemet har forstærket læren, at der ikke bør sættes nogen arbitrær opdeling mellem liv på Jorden og astrobiologi. Overvej, hvad vi har lært om Jordens Måne. Det er måske sandt, at udforskningen af Månen primært blev drevet af politiske snarere end videnskabelige grunde, men de videnskabelige resultater fra måneprøver returneret til Jorden - primært af Apollo missionerne men også af sovjettiske Luna missioner - har været enorme. Meget af hvad vi nu forstår omkring det tidlige solsystems historie, og derfor tidlig jordisk historie, begynder med månemissionerne. Det er fordi Jordens overflade er ung, selvom Jorden ikke er. Jorden er 4,6 milliarder år gammel, men der er næsten ingen klipper tilbage på dens overflade - på grund af ødelæggelse ved pladetektonik og erosion - til at fortælle historien om tidlige forhold på vor egen planet. Men de gamle sedimentklipper, vi har, tyder på at livet var etableret meget tidligt, sandsynligvis for 3,5 milliarder år siden, og muligvis for 3,8 milliarder år siden. Månen døde imidlertid geologisk for milliarder af år siden og bevarer således meget af dens eksistens fra disse tidlige datoer. Denne historie, som bygger på dateringen af prøver fra Månen forbundet med optælling af kratere på måneoverfladen, afslører, at Månen engang var udsat for et intenst bombardement af kometer og asteroider - et bombardement der var eksponentielt højere før 3,8 milliarder år siden, end det er tilfældet idag. Sammenligning af Månens kraterhistorie med den på Merkur og det gamle Mars antyder, at hele det indre solsystem var udsat for det samme bombardement. Derfor må livets oprindelse på Jorden have fundet sted i midten af dette bombardement med vigtige betydninger for både ødelæggelse og levering af kulstofbaserede (såkaldte organiske) molekyler til brug for livets oprindelse. For at lære dette om betingelserne for tidligt liv på Jorden, var vi nødt til at besøge Månen og planeterne.
Hvis
vi ser længere ud fra Solen, er planeten Mars et af de mest spændende
mødesteder for gammelt eller måske endda bevaret liv i solsystemet. Blandt
sådanne mødesteder er den også den mest tilgængelige fra Jorden, med
rejsetider for rumfartøjer der er mindre end et år. Forbiflyvninger af
rumfartøjer, orbitere, landere og rovere har gjort det klart, at den gamle
Mars engang havde udbredt flydende vand på sin overflade og der er stærke
vidnesbyrd for, at på bestemte lokaliteter til bestemte tider idag eller i
den geologisk nylige fortid når flydende vand stadig overfladen og strømmer
henover den. Selve overfladen er nu en frysetørret ørken, hvor flydende vand
skal enten fryse eller fordampe. Men givet hvad vi har lært om den dybe
biosfære på Jorden, skal muligheden, at liv på Mars findes i flydende
vandmiljøer under overfladen - miljøer der lejlighedsvis når overfladen -
tages alvorligt. På grund af deres nærhed udveksler Mars og Jorden måske
meteoritter, der er skabt af udkastet materiale fra store nedslag og det er
ikke udelukket, at hvilken planet, der end først skabte liv, kunne have
indpodet den anden. Kun opdagelse og undersøgelse af muligt Marsliv kan
besvare dette spørgsmål med sikkerhed.
Hinsides Mars, i kredsløb om Jupiter, ligger månen Europa, kun en smule mindre end Jordens Måne. Der er nu stærke vidnesbyrd for, at Europa huser et ocean af flydende vand under dens ekstremt kolde yderste lag is. Dette oceans rumfang er omkring to gange Jordens oceaner. På bunden af Europas ocean er flydende vand ligesom på Jorden i kontakt med klipper, hvilket hæver muligheden for vigtige mineral-vand vekselvirkninger ved tilstedeværelsen af hydrotermisk energi. Data fra magnetometeret på Galileo rumfartøjet støtter ikke blot tilstedeværelsen af et ocean, men antyder, at det er meget salt og at den overliggende is måske kun er 10 kilometer tyk, eller endnu tyndere. Kunne der være liv i dette ocean? Spekulative studier antyder, at energikilderne der behøves skulle være tilstede. Men om livets oprindelse skulle være sket i et ocean, der var under kilometre af is - sandsynligvis afskåret fra sollys - er et åbent spørgsmål. Det er meget vanskeligere for Jorden og Europa at udveksle mikroorganismer via meteoritter med held, end det er tilfældet med Jorden og Mars, så hvis der er liv på Europa er det sandsynligvis en adskilt oprindelse fra livet på Jorden. Europa er måske det mest interessante sted for udenjordisk liv i vort solsystem. Det ser ud til at Jupiters måner, på størrelse med Merkur, Ganymede og Callisto, også har dybere oceaner af flydende vand under overfladen.
Endnu længere ude fra Solen er planeten Saturn vært for to spændende verdener. Cassini rumfartøjet har afsløret, at den lille Enceladus har aktive geysere af iskrystaller, der kan stamme fra et hav af flydende vand under overfladen, skønt den bestemte mekanisme for geyserne og hvorvidt der er nok energi til at opretholde flydende vand i Enceladus undergrund mangler at blive overbevisende forklaret. Længere ud fra Saturn ligger verdenen Titan, på størrelse med Merkur, med sin tætte atmosfære af nitrogen og metan. Der er nogle vidnesbyrd om, at også Titan måske har et underjordisk hav af flydende vand. Alle disse verdener behøver meget mere udforskning og burde modtage den senere i dette århundrede. Missioner til det ydre solsystem tager tid (rejsetiden til Jupiter er 3 år fra Jorden) og er dyre. Men et afbalanceret program for udforskning af solsystemet, især et der lægger vægt på astrobiologi, skal systematisk udforske Jupiters og Saturns systemer, såvel som Mars.
Et
vigtigt emne i planetudforskning er planetbeskyttelse. Det var Lederberg, som
under IGY i 1957 skrev til præsidenten for National Academy of Sciences for
at rejse dette spørgsmål og akademiet arbejdede med International Council of
Scientific Unions for at skabe en studiegruppe om dette spørgsmål. The Outer
Space Treaty, som trådte i kraft i 1967 og er bedst kendt for at forbyde
placeringen af "masseødelæggelsesvåben" i det ydre rum og kræver at
rumfarende nationer undgår den "skadelige forurening" af andre
himmellegemer. Indenfor et årti havde Lederbergs personlige bekymring givet
plads til en international traktats krav.
Bekymringen er videnskabeligt velfunderet. Undersøgelser med NASAs Long-Duration Exposure Facility (LDEF) og European Retrievable Carrier (EURECA) eksperimenter afslører, at visse mikroorganismer overlever 6 år i rummet på 1 procents niveauet - dvs., en ud af hundrede Bacillus subtilis sporer overlever så længe - hvorimod 25 procent overlever et år i rummet. I begge tilfælde kræver overlevelse, at organismerne er skærmet fra Solens ultraviolette lys, men det ville en organisme inde i et rumfartøj være. Organismerne frysetørrer i det kolde vakuum, men når de udsættes for flydende vand lever de op igen. De fleste Mars missionrumfartøjer konstrueres i klasse - 100.000 rene rum, hvilket betyder, at de har tusinder af levedygtige bakteriesporer på hver kvadratmeter af rumfartøjets overflade og sandsynligvis ti eller flere gange så mange andre typer bakterier. Da det tager mindre end et år at komme til Mars betyder dette, at Mars rumfartøjer bærer en levedygtig last af mikroorganismer med sig til den Røde Planet. Så bliver det første spørgsmål, hvorvidt nogle af disse organismer kunne finde vej fra marsoverfladen ind i beboelige nicher med flydende vand i undergrunden og hvis de kunne, om de ville vokse i det nye miljø. Chancerne er små, men ikke umulige. Det andet spørgsmål er, hvilket niveau af yderligere foranstaltninger til reduktion af marsrumfartøjers biolast, som burde foretages under konstruktionen af rumfartøjer. En nylig rapport, som jeg ledede for National Research Council (NRC), Preventing the Forward Contamination of Mars, så på disse spørgsmål og konkluderede, at NASA behøver at forstå antallet og typer af mikroorganismer, der i øjeblikket flyver på deres rumfartøjer, bedre og tage strengere skridt for at reducere rumfartøjers biolast.
Den nuværende internationale tolkning af Outer Space Treatys krav er, at mikroorganismer båret til andre planeter skal ikke tillades at vinde fæste på den verden på en måde, der vil gøre det vanskeligt eller umuligt at bestemme om en sandt fremmed biosfære måske er tilstede. Det vil sige, at planetbeskyttelse i øjeblikket handler om at "beskytte videnskaben" fra forurening, ikke om at beskytte nogle mulig fremmed biosfære fra potentielle økologiske angreb. Vor NRC rapport tilskyndede, at det var tid for et internationalt møde for at genoverveje, hvorvidt planetbeskyttelse skulle genfortolkes som værende om "planetbeskyttelse" og ikke kun "beskyttelse af videnskaben."
Fire måder at lede efter liv på Indtil nu har vi diskuteret undersøgelser af solsystemet på stedet, i hvilke rumfartøjer lander på andre legemer og udfører eksperimenter på overfladen for at lede efter liv. Nært beslægtet er den biologiske undersøgelse, i jordiske laboratorier, af prøver fra andre verdener. Disse prøver kunne ankomme til Jorden på en ukontrolleret måde, via meteoritter, som stammede fra rester blæst væk fra en anden verden af et stort nedslag eller på en kontrolleret måde, som prøver bragt tilbage af et dedikeret rumfartøj. Men begge tilfælde involverer håndgribelige undersøgelser for tilstedeværelsen af liv i solsystemet.
En
tredje måde at søge efter liv på er at undersøge lyset, der kommer fra andre
verdeners atmosfære - dvs., spektroskopi - for at bestemme den kemiske
sammensætning af disse verdeners atmosfærer i håbet om at finde de kemiske
tegn på en anden biosfære. Dette er blevet gjort for Mars og andre planeter i
vort solsystem i årtier og er lige blevet muligt for visse gigantiske
exoplaneter - planeter i kredsløb omkring en anden stjerne end Solen.
Med Kepler missionen, som vil blive opsendt i løbet af de næste år, burde vi snart kende statistikken for tilstedeværelsen af planeter på Jordens størrelse omkring andre stjerner. Kepler vil lade os bestemme disse planeters kredsløb (idet vi antager at der er nogle) og derfor deres afstande fra deres stjerner. Med kendskab til stjernerne vil vi vide, hvilke, om nogen, af disse verdener der ligger i den rette afstand til at flydende vandoceander er mulige på deres overflade. På nogle få år vil vi gå fra næsten intet kendskab til om andre Jord-lignende planeter findes til at kende deres statistik og potentielle beboelighed. Dette er et ekstraordinært øjeblik. Mennesker har spekuleret i årtusinder om der kunne eksistere andre planeter som vores - for eksempel spurgte Aristoteles (og besvarede, af teoretiske grunde) dette spørgsmål i sin bog On the Heavens. Om nogle få år behøver vi ikke længere at spekulere. Vi bør ikke lade den menneskelige civilisation gå i søvne gennem denne bemærkelsesværdige overgang i vor viden om vor plads i universet.
Om nogle årtier vil vi kunne observere disse planeter fra dedikerede satelliter i rummet og bestemme sammensætningen af deres atmosfærer. Håbet er, at vi måske ville detektere en kombination af deres atmosfære, som ligevægttskemi ville forekomme at forbyde, men som biologi måske ville frembringe. Dette kunne betyde, at der er biosfærer på disse verdener.
Eller
måske ikke. Vidnesbyrdene ville være indicier og så snart sådanne data blev
rapporteret, ville forskerne med rette og konservativt søge efter
ikkebiologiske forklaringer. Vi har faktisk allerede set dette ved Mars: det
er nu klart at marsatmosfæren, en yderst oxiderende atmosfære skyllet med
ultraviolet lys, der ikke burde tillade organismer at eksistere ret længe, indeholder
pletter af det simple organiske molekyle metan - ved omkring 10 dele pr.
milliard niveauet. Metanen skal produceres af lokale kilder på overfladen;
den er godt ude af ligevægt med den eksisterende atmosfære. Den kunne være
produktet af en marsversion af den metanogeniske bakterie vi kender på
Jorden. Men der er allerede blevet offentliggjort papirer, der antyder
forklaringer ved hjælp af Mars' geokemi. Atmosfærisk kemi, som er konsistent
med biologiske kilder, giver måske tegn på liv, men åbenbart giver det ikke i
sig selv afgørende argumenter for eksistensen af liv.
Ud over de tre teknikker til søgen efter udenjordisk liv som vi har diskuteret indtil videre - undersøgelser på stedet, undersøgelse af prøver leveret til Jorden, og fjernføling af planetatmosfærer - er der en anden indfaldsvinkel til eftersøgningen af liv, som den menneskelige civilisation har igang. Det er søgningen efter udenjordisk intelligens (eller, snarere teknologi), eller SETI. SETI behøver ikke gøre nogen antagelser om den biokemiske eller anden sammensætning af udenjordisk liv. På den anden side skal den baseres på eksistensen af teknologi, der er i stand til at kommunikere over interstellare afstande.
Den kraftigst målrettede søgning til dato har været SETI instituttets Project Phoenix, som observerede omkring tusinde af de nærmeste sollignende stjerner for udsendelser på radiofrekvenser. Phoenix fuldførte sin søgning på Arecibo radioteleskopet i Puerto Rico, verdens største og derfor mest følsomme radiomodtager. Radio frekvenser er den naturlige frekvens at benytte til interstellar kommunikation, på grund af det såkaldte mikrobølge vindue, hvor den galaktiske baggrundsstøj er lavest. For hver målstjerne undersøgte Project Phoenix milliarder af frekvenser. Algoritmer antog, at frekvensen ville drive, som en virkelig transmission bestemt ville på grund af transmissionkildens bevægelse i forhold til Jorden. For at være en troværdig detektion skulle ethvert modtaget signal modstå mangfoldige prøver, inkluderende et tjek mod alle kendte forvekslende signaler (dvs., fra satelliter kredsende omkring Jorden eller interplanetare sonder), et krav om at frekvensen skulle være så godt defineret (dvs., båndbredden så lav), at det kun var muligt kunstigt og en demonstration af at kilden blev detekteret ikke kun på Arecibo men også på et opfølgende teleskop i England. Ingen kilde har nogensinde bestået alle disse filtre.
Det
siges sommetider, at menneskeheden har ledt og ledt og ledt efter
udenjordiske radioudsendelser uden at finde nogen, så vi må være alene.
Overfladisk set kan dette måske ses at følge af den kendsgerning, at SETI
radiosøgninger er blevet udført siden den første eftersøgning blev udført af
Frank Drake for næsten 50 år siden. Men faktisk har selv Projekt SETI kun
skrabet overfladen. De næsten 1.000 stjerner det har søgt redegør kun for en
ti-milliontedel af stjernerne i vor galakse. SETI Institute og University of
California konstruerer nu Allen Telescope Array (ATA) i det nordlige
Californien ved brug af næsten helt privat financiering. Denne række
teleskoper vil udføre SETI eftersøgninger hele dagen hver dag (snarere end de
få uger om året, der var mulige på Arecibo) ved brug af den seneste
teknologi. Når det er færdigt, vil ATA undersøge omkring en million stjerner
i et årtis observationer. Men selv dette vil kun udgøre en hundredetusindedel
af stjernerne i vor galakse. Hvis tekniske civilisationer, der sender
signaler over interstellare afstande, er mere sjældne en en for hver
hundredetusinde stjerner vil selv ATA ikke få succes i den nærmeste fremtid.
Men i fraværet af en moden teori om udbredelsen af intelligent liv og
teknologi er søgningen det bedste, vi kan gøre.
Ikke desto mindre er der blevet fremsat argumenter vedrørende sandsynligheden for udenjordisk intelligens. Måske er det mest almene og intuitive, at med så mange stjerner - hundreder af milliarder alene i vor galakse - kan det ikke tænkes, at vi er den eneste civilisation. Denne forsikring forekommer også konsistent med det Kopernikanske Princip, ideen at Jorden ikke har nogen enestående status i universet. Men faktisk holder denne linie af fornuftslutninger ikke. Grunden er, at vi ikke kender sandsynligheden for livets opståen, og så intelligens, og så teknologi, på en jordlignende verden. Hvis denne sandsynlighed var ekstremt lille - f.eks., mindre end en ud af hundrede milliarder - så ville Jorden være den eneste planet i galaksen, der var beboet af en intelligent civilisation. Der kunne alligevel være et hundrede millioner andre jordlignende verdener, men kun en ville have fået jackpot. Det ville være som at rulle seks identiske terninger og kun få en til at komme op med en sekser. Der er ikke noget særligt ved denne terning; enhver af dem kunne have rullet en sekser, men statisktisk ville de fleste ikke. Det Kopernikanske Pricip overtrædes ikke, men Jorden ville alligevel være enestående.
Drake ligningen opsummerer denne måde at se problemet på. Frank Drake nedskrev sin ligning som mødeplanen for et værksted om SETI i 1961. Drake ligningen er som følger: N = R* fp ne fl fi fc L, hvor N er antallet af teknisk kommukative civilisationer i vor galakse, R* er galaksens hastighed for stjernedannelse, fp er brøkdelen af disse stjerner omkring hvilke planeter dannes, ne er antallet af planeter i sådanne systemer passende for livets oprindelse, fl er brøkdelen af disse planeter hvor livet opstår, fi er brøkdelen af disse hvor livet udvikler intelligens, fc er brøkdelen af de hvor intelligente arter bliver kommunikative over interstellare afstande og L er middellevetiden af en kommunikativ civilisation.
Det
er indlysende, at denne ligning ikke er en ligning analog til, f.eks.,
ligningen for en ideal gas. Idealgasloven hypotetiserer et forhold mellem
tryk, rumfang og temperatur af gasser i laboratoriet, som er udsat for en
empirisk prøve. Drake ligningen stiller ikke denne slags hypotese, som kan
afprøves. Den er snarere en type "Fermi problem," et eksempel på
den slags bag-på-konvolutten tænkning, som blev gjort berømt af Enrico Fermi
i hans graduate eksaminationer ved at stille spørgsmål som "Hvor mange
klaverstemmere er der i byen Chicago?" Ved første øjekast kender man
enten svaret eller ikke og hvis man ikke gør, er der ingen nem måde at regne
det ud på. Men fakta er, at man ved at nedbryde beregningen til et produkt af
tal der kan vurderes (som befolkningen af Chicago, antallet af folk pr.
familie, brøkdelen af familier der ejer et klaver, hvor ofte klaverer skal stemmes,
og så videre) så kan man foretage en rimelig vurdering af det korrekte svar.
Men dette kan ikke gøres med Drake ligningen. Mens de tre faktorer R*, fp, og ne kan tildeles troværdige vurderinger på basis af, hvad vi allerede ved, kan man kun gætte på de resterende faktorer. L, især, flytter os til riget af udenjordisk sociologi og politisk videnskab, som forbliver mindre udviklede felter. Ved dens øvre ende kunne vi forestille os, at L kunne være så lang som galaksens alder, ~1010 år. Ved dens lave ende kunne den være så kort som mellemrummet mellem, f.eks., opfindelsen af radio og masseproduktionen af atomvåben; baseret på vor erfaring kunne dette interval være så kort som årtier. Middelværdien af L i galaksen kunne meget vel være overalt i dette interval, skønt selv et lille antal meget langlivede civilisationer kunne gøre middel meget lang. Stillet overfor usikkerhederne som Drake ligningen afslører, kan argumentet om store tal ikke løse spørgsmål om frekvensen af civilisationer i vor galakse.
En
anden måde at vurdere udsigten til andet intelligent liv på er at
ekstrapolere fra livets historie på Jorden. Der er et sæt argumenter om dette
spørgsmål, som er blevet genfortalt et helt århundrede, begyndende i 1904 med
Alfred Russel Wallace, medopdager af teorien om evolution. Argumenterne er
blevet genoplivet med mellemrum siden af en serie forfattere. Pessimisterne i
dette argument understreger evolutionens tilfældigheder, for eksempel
hvordan, hvis man kunne genindspille dyrenes udvikling, resultaterne
sandsynligvis ville være meget anderledes og især "chancen bliver
forsvindende lille, at noget som menneskelig intelligens ville smykke
genindspilningen" som Stephen J. Gould skrev i 1989. Udviklingen af
menneskelig intelligens afhang, trods alt, af at en serie tilfældige
faktorer, inklusive kollisionen af en stor asteroide med Jorden for 65
millioner år siden. Modargumenterne er ligeså velkendte: konvergens
observeres ofte i evolutionens historie og naturen har udviklet komplekse
fænomener som øjesyn og flyvning mange gange, så selv om enhver given
udviklingslinie måske er yderst tilfældig, kan et stort antal parallelle
stier føre til det samme funtionelle resultat. Til dette svares, at teknisk
intelligens kun har udviklet sig en gang på Jorden, så åbenbart opererede
konvergens ikke i dette særlige tilfælde. Men tingene er ikke så tydelige;
som marinebiologen Lori Marinos arbejde har understreget, udviklede
adskillige arter havpattedyr et niveau af intelligens, der i kvantitative mål
er over chimpansers og lidt over det hos homo habilis, en af det
moderne menneskes forfædre, der brugte værktøj.
Marino og hendes kolleger begynder med en reproducerbar måling, der hænger sammen med hvad der menes med intelligens og som kan anvendes med de fossile rester såvel som moderne organismer. Der er mindst et sådant mål, kaldet encefalisation. Encefalisation udtrykkes typisk som en kvotient (deraf, encefalisationskvotient eller EQ) som kvantificerer, hvor meget mindre eller større et bestemt dyrs hjerne er sammenlignet med den forventede (via en regression over mange dyr) hjernestørrelse for et dyr af den legemstørrelse. Dyr med EQ over 1 er klogere end middel; dem med EQ under 1 er mindre kloge end forventet ud fra deres legemstørrelse. Der er stærke vidnesbyrd om at EQ blandt primater hænger sammen med evnen til fornyelse, social indlæring og brug af værktøj; blandt fugle hænger den sammen med fleksibilitet i adfærden. Derfor forekommer den at give et godt mål som stedfortræder for "intelligens." Moderne mennesker har den højeste EQ på Jorden ved 7,1, hvilket betyder at vor EQ er mere end 7 gange større end forventet for et dyr med vor legemsvægt.
I veldokumenterede studier har man vist, at delfiner er i stand til selvgenkendelse i spejle, en evne der kun demonstreres af nogle få andre dyr foruden mennesket. De højeste EQ værdier på Jorden efter moderne mennesker er dem hos de fire delfinarter, med den højeste af de fire på omkring 4,5. Store aber har EQ lavere end dette med et middeltal omkring 1,9. Dette er omkring det samme som det den menneskelige forfader Australepithecus havde. Blandt vore mere nylige forfædre havde værktøjsbrugerne Homo erectus og den tidligere Homo habilis EQ værdier på omkring henholdsvis 5,3 og 4,3.
Disse resultater antyder at udviklingen af menneskelig intelligens på Jorden ikke er et helt enestående fænomen. Med en tilstrækkeligt stor database over EQ målinger for fossile hvalarter kan man gå videre og begynde at afprøve andre langvarige forsikringer om intelligens, som påstanden om at stigninger i encefalisation burde være gennemtrængende på grund af den selektive fordel som større hjerner giver. Marino og hendes kolleger har udført denne analyse med anvendelse af statistiske prøver på data for moderne og fossile hvaler, idet de gik 50 millioner år tilbage. De viser, at mens den overordnede tendens i encefalisation har været stigende, har efterfølgeren ved enhver given artshændelse ligeså statistisk sandsynlig til at have lavere EQ som en højere. Dvs., at encefalisation ikke var gennemtrængende fordelagtig; væksten i intelligens i den høje ende af encefalisation forekommer bedre modelleret som et random walk, snarere end at et gennemtrængende selektionstryk foretrækker større hjerner. Men det skal understreges, at størrelsen af datasættet her indtil videre er meget lille og at der næsten ingen financiering er til denne type arbejde.
Disse resultater stammer fra et kun spirende forskningsprogram, men de understreger, at der er reproducerbare, kvantitative metoder, som kan anvendes til at begynde på at beskæftige sig med nogle langvarige forsikringer om sandsynligheden for udviklingen af intelligens i universet. Ligesom studier af mikroskopisk liv på Jorden belyser tænkning om udsigterne for mikroorganismer andetsteds, så kan streng udforskning af udviklingen af intelligens på Jorden belyse vor tænkning om udsigterne for intelligens andetsteds. Behandling af "intelligens" som en egenskab ved det biologiske univers, der kan undersøges kvantitativt, burde lade os bevæge os hinsides polemik og begynde at skubbe grænserne for vor uvidenhed på en datadrevet facon.
Astrobiologi og den menneskelige fremtid Fermi stillede sit berømte spørgsmål "Undrer i jer aldrig over hvor de allesammen er henne?" til tre kolleger på Los Alamos National Laboratory i 1950. I sit moderne form hævder "Fermi Paradokset," at hvis der findes andre civilisationer i Mælkevejsgalaksen, skal nogle af dem være meget ældre, måske milliarder år ældre end vores; at sådanne civilisationer forlængst ville have udviklet interstellare rejser; at de så ville have udforsket eller koloniseret galaksen på en tidsskala, der er kort sammenlignet med galaksens levetid; og at de derfor ville være her. Men da de ikke er her, findes de ikke! Det er indlysende, at paradokset ikke gælder i en strengt logisk forstand, da hvert af dets forsikringer højst er et krav om sandsynlighed, men det har været en mægtig kraft i spekulationerne over udsigterne til udenjordisk intelligens.
Uanset strengheden af Fermis paradoks er der blevet foreslået mange løsninger på det. Udfordringen for de fleste af disse løsninger er forsikringen om store antal: mens denne eller hin forklaring måske kan forklare svigtet af nogle, endda måske de fleste, civilisationer i at kolonisere galaksen, er tidsskalaen for kolonisering formodentlig så kort, at medmindre det totale antal civilisationer i den galaktiske historie var helt lille, ville galaksen faktisk være blevet koloniseret. Disse koloniseringsscenarier har brugt eksponentiel reproduktion og vist lille interesse for økologiske faktorer, som udviklingen af plyndring eller anden adfærd, der kunne have virkningen at reducere udviklingshastigheden af en rumfarende befolkning. Hvilke parametre vælger man i rov- og byttedyr modeller til at afbilde udvidelsens tidsskalaer for konkurrerende civilisationer nøjagtigt? Det er vanskeligt at gøre sådanne parametervalg med en følelse af tillid. Og det er tæt på umuligt at vide, hvorvidt sådanne simple analogier fra livet på Jorden er eller ikke er anvendelige.
Forskellige praktiske argumenter, mod at galaktisk rumflyvning er almindeligt, er blevet modsagt ved at påkalde enten genmanipulering eller kunstig intelligens i form af selvreproducerende og udviklende maskiner. Vi bør ikke overdrive letheden eller tilfældigheden med hvilken væsentlig genetisk manipulation af mennesker vil blive gjort, men som Robert Carlson har vist, viser grundlæggende foranstaltninger i menneskelig bioingeniørvirksomheds kraft, som tiden eller omkostningerne ved at syntetisere korte sekvenser af DNA, at bioteknologi skrider frem eksponentielt med en hastighed, der er endnu hurtigere end den Moores lov giver i computerberegning. Det er vanskeligt at vide, hvad der kommer efter denne eksponentielle start. Det kan vise sig generelt sandt, at der kun er et kort interval under hvilket en art er teknisk intelligent og alligevel bevarer sin biologisk udviklede form. Hvis det er sådan, bør vi forvente, at enhver civilisation, som vi kontakter gennem SETI eller på anden måde, sandsynligvis ikke minder om sin biologiske forgænger art. Hvis spørgsmålet er "hvordan vil de se ud?" kan svaret være "hvad de ønsker."
Men et godt stykke tid før bioteknologi tillader rekonstruktion af den menneskelige art, vil den spille stor magt bag ekstremt farlige manipulationer af mikroorganismer i hænde på små grupper af de teknisk kompetente. Faktisk gør den det allerede. (The National Academies har allerede samlet to kommiteer til at undersøge dette emne.) Vi har ikke tilstrækkelige modeller fra den kolde krigs våbenkontrol eller ikkeudbredelse af kernevåben til at lede denne ny verden, så vi kan høste fordelene ved bioteknologi til det offentlige helbred og fødesikkerhed, mens vi forebygger katastrofer. Den samme teknologiske ekspertise, som muliggør vore mere og mere sofistikerede eftersøgninger af liv, bringer magtfulde ny muligheder, hvis mishandlet, for ødelæggelse. Astrobiologi defineres som "studiet af det levende univers." Hvis det er sådan, skal disciplinen også tale om fremtiden for den menneskelige civilisation, en ting der er enestående dyrebar, uanset om den er fuldstændig alene eller en af mange i galaksen.
*
Christopher Chyba er professor i astrofysiske
videnskaber og internationale affærer på Princeton University, hvor han leder
Program on Science and Global Security på Woodrow Wilson School. Hans arbejde
i international sikkerhed understreger kerne- og biologisk våbenpolitik,
våbenkontrol og ikkeudbredelse. Hans videnskabelige forskning fokuserer på
solsystem fysik, planetudforskning og astrobiologi. Dr. Chyba har ledet
Stanford University's Center for International Security and Cooperation, haft
Carl Sagan Chair for Study of Life in the Universe og SETI Institute, tjent
på det hvide hus stab fra 1993-1995. Dr. Chyba modtog Presidential Early
Career Award, blev MacArthur Fellow for sit arbejde i både international
sikkerhed og planetvidenskab. Dr. Chyba har tjent på eksekutivkommiteen af
NASA's Space Science Advisory Committee. Præsident Obama ansatte Chyba som
medlem af President's Council of Advisors on Science and Technology. Fra
The Possibility of Life Elsewhere in
the Universe, Forging the Future of Space Science: The Next 50 Years. http://www:nap.edu/catalog/12675.html
Er der liv andetsteds i
universet? Det levende univers:
Genvurdering af Drake ligningen Eftersøgningen af udenjordisk
intelligens Eftersøgningen af udenjordisk
liv
|
