لدينا مثال واحد فقط على تشكل البيولوجيا في الكون، وهو الحياة على الأرض. ولكن ماذا لو كان من الممكن أن تتشكل الحياة بطرق أخرى؟ كيف تبحث عن الحياة الفضائية عندما لا تعرف كيف قد تبدو الحياة الفضائية؟
هذه الأسئلة تشغل بال علماء الأحياء الفلكية، وهم العلماء الذين يبحثون عن الحياة خارج الأرض. لقد حاول علماء الأحياء الفلكية التوصل إلى قواعد عالمية تحكم ظهور الأنظمة الفيزيائية والبيولوجية المعقدة على الأرض وخارجها.
أنا عالم فلك كتب على نطاق واسع عن علم الأحياء الفلكي. من خلال بحثي، تعلمت أن الشكل الأكثر وفرة للحياة خارج كوكب الأرض من المرجح أن يكون ميكروبيًا، حيث يمكن للخلايا المفردة أن تتشكل بسهولة أكبر من الكائنات الكبيرة. لكن في حالة وجود حياة فضائية متقدمة، فأنا عضو في المجلس الاستشاري الدولي للمجموعة التي تصمم رسائل لإرسالها إلى تلك الحضارات.
اكتشاف الحياة خارج الأرض
منذ أول اكتشاف لكوكب خارج المجموعة الشمسية في عام 1995، تم العثور على أكثر من 5000 كوكب خارجي، أو كواكب تدور حول نجوم أخرى.
العديد من هذه الكواكب الخارجية صغيرة وصخرية، مثل الأرض، وتقع في المناطق الصالحة للسكن في نجومها. المنطقة الصالحة للسكن هي مجموعة المسافات بين سطح الكوكب والنجم الذي يدور حوله والتي من شأنها أن تسمح للكوكب بالحصول على مياه سائلة، وبالتالي دعم الحياة كما نعرفها على الأرض.
وتتوقع عينة الكواكب الخارجية المكتشفة حتى الآن 300 مليون تجربة بيولوجية محتملة في مجرتنا – أو 300 مليون مكان، بما في ذلك الكواكب الخارجية والأجسام الأخرى مثل الأقمار، مع الظروف المناسبة لنشوء البيولوجيا.
يبدأ عدم اليقين بالنسبة للباحثين بتعريف الحياة. يبدو أن تعريف الحياة يجب أن يكون سهلاً، لأننا نعرف الحياة عندما نراها، سواء كانت طائرًا يحلق أو ميكروبًا يتحرك في قطرة ماء. لكن العلماء لا يتفقون على تعريف، ويعتقد البعض أن التعريف الشامل قد لا يكون ممكنا.
تُعرِّف وكالة ناسا الحياة بأنها “تفاعل كيميائي ذاتي الاستدامة قادر على التطور الدارويني”. وهذا يعني كائنات ذات نظام كيميائي معقد يتطور من خلال التكيف مع بيئته. يقول التطور الدارويني أن بقاء الكائن الحي يعتمد على مدى ملاءمته لبيئته.
لقد تقدم تطور الحياة على الأرض على مدى مليارات السنين من الكائنات وحيدة الخلية إلى الحيوانات الكبيرة والأنواع الأخرى، بما في ذلك البشر.
الكواكب الخارجية بعيدة وأضعف بمئات الملايين من المرات من نجومها الأم، لذا فإن دراستها تمثل تحديًا. يمكن لعلماء الفلك فحص الأجواء وأسطح الكواكب الخارجية الشبيهة بالأرض باستخدام طريقة تسمى التحليل الطيفي للبحث عن التوقيعات الكيميائية للحياة.
قد يكشف التحليل الطيفي عن بصمات الأكسجين في الغلاف الجوي للكوكب، والتي تسمى الميكروبات بالطحالب الخضراء المزرقة التي نشأت عن عملية التمثيل الضوئي على الأرض منذ عدة مليارات من السنين، أو بصمات الكلوروفيل، التي تشير إلى الحياة النباتية.
يؤدي تعريف ناسا للحياة إلى بعض الأسئلة المهمة ولكن دون إجابة. هل التطور الدارويني عالمي؟ ما هي التفاعلات الكيميائية التي يمكن أن تؤدي إلى بيولوجيا خارج الأرض؟
التطور والتعقيد
تطورت كل أشكال الحياة على الأرض، من الجراثيم الفطرية إلى الحوت الأزرق، من آخر سلف مشترك ميكروبي منذ حوالي 4 مليارات سنة.
نفس العمليات الكيميائية تُرى في جميع الكائنات الحية على الأرض، وقد تكون هذه العمليات عالمية. وقد تكون أيضًا مختلفة جذريًا في أماكن أخرى.
في أكتوبر 2024، اجتمعت مجموعة متنوعة من العلماء للتفكير خارج الصندوق حول التطور. لقد أرادوا الرجوع إلى الوراء واستكشاف نوع العمليات التي خلقت النظام في الكون -سواء كانت بيولوجية أم لا- لمعرفة كيفية دراسة نشوء الحياة على عكس الحياة على الأرض تمامًا.
جادل اثنان من الباحثين الحاضرين بأن الأنظمة المعقدة من المواد الكيميائية أو المعادن، عندما تكون في بيئات تسمح لبعض التكوينات بالاستمرار بشكل أفضل من غيرها، تتطور لتخزين كميات أكبر من المعلومات. مع مرور الوقت، سيصبح النظام أكثر تنوعًا وتعقيدًا، ويكتسب الوظائف اللازمة للبقاء، من خلال نوع من الانتقاء الطبيعي.
لقد توقعوا أنه قد يكون هناك قانون لوصف تطور مجموعة واسعة من الأنظمة الفيزيائية. وسيكون التطور البيولوجي من خلال الانتقاء الطبيعي مجرد مثال واحد على هذا القانون الأوسع.
في علم الأحياء، تشير المعلومات إلى التعليمات المخزنة في تسلسل النيوكليوتيدات على جزيء الحمض النووي، والتي تشكل مجتمعة جينوم الكائن الحي وتحدد شكل الكائن الحي وكيف يعمل.
إذا قمت بتعريف التعقيد من حيث نظرية المعلومات، فإن الانتقاء الطبيعي سوف يتسبب في زيادة تعقيد الجينوم لأنه يخزن المزيد من المعلومات حول بيئته.
قد يكون التعقيد مفيدًا في قياس الحدود بين الحياة واللاحياة.
ومع ذلك، فمن الخطأ أن نستنتج أن الحيوانات أكثر تعقيدًا من الميكروبات. تزداد المعلومات البيولوجية مع زيادة حجم الجينوم، ولكن كثافة المعلومات التطورية تنخفض. كثافة المعلومات التطورية هي جزء من الجينات الوظيفية داخل الجينوم، أو جزء من إجمالي المادة الوراثية التي تعبر عن الملاءمة للبيئة.
الكائنات التي يعتقد الناس أنها بدائية، مثل البكتيريا، لديها جينومات ذات كثافة معلوماتية عالية، وبالتالي تبدو مصممة بشكل أفضل من جينومات النباتات أو الحيوانات.
لا تزال النظرية العالمية للحياة بعيدة المنال. قد تتضمن مثل هذه النظرية مفاهيم التعقيد وتخزين المعلومات، ولكنها لن تكون مرتبطة بالحمض النووي أو أنواع معينة من الخلايا التي نجدها في علم الأحياء الأرضية.
الآثار المترتبة على البحث عن حياة خارج كوكب الأرض
لقد اكتشف الباحثون بدائل للكيمياء الحيوية الأرضية. تحتوي جميع الكائنات الحية المعروفة، من البكتيريا إلى الإنسان، على الماء، وهو مذيب ضروري للحياة على الأرض. المذيب هو وسط سائل يسهل التفاعلات الكيميائية التي يمكن أن تنشأ منها الحياة. لكن من المحتمل أن تنشأ الحياة من مذيبات أخرى أيضًا.
اكتشف علماء الأحياء الفلكية ويلام باينز وسارة سيجر آلاف الجزيئات التي قد تكون مرتبطة بالحياة. وتشمل المذيبات المعقولة حمض الكبريتيك والأمونيا وثاني أكسيد الكربون السائل وحتى الكبريت السائل.
ربما لا تعتمد الحياة الفضائية على الكربون، الذي يشكل العمود الفقري لجميع جزيئات الحياة الأساسية، على الأقل هنا على الأرض. قد لا تحتاج حتى إلى كوكب للبقاء على قيد الحياة.
قد تكون أشكال الحياة المتقدمة على الكواكب الغريبة غريبة جدًا لدرجة أنه لا يمكن التعرف عليها. بينما يحاول علماء الأحياء الفلكية اكتشاف الحياة خارج الأرض، سيتعين عليهم أن يكونوا مبدعين.
تتمثل إحدى الاستراتيجيات في قياس البصمات المعدنية على الأسطح الصخرية للكواكب الخارجية، حيث أن التنوع المعدني يتتبع التطور البيولوجي الأرضي. مع تطور الحياة على الأرض، استخدمت وصنعت معادن للهياكل الخارجية والموائل. لقد زاد عدد المعادن المائة الموجودة عند تشكل الحياة لأول مرة إلى حوالي 5000 اليوم.
على سبيل المثال، الزركون عبارة عن بلورات سيليكات بسيطة يعود تاريخها إلى وقت ما قبل بدء الحياة. يعد الزركون الموجود في أستراليا أقدم قطعة معروفة من قشرة الأرض. لكن معادن أخرى، مثل الأباتيت، وهو معدن فوسفات الكالسيوم المعقد، يتم إنشاؤها بواسطة علم الأحياء. الأباتيت هو العنصر الأساسي في العظام والأسنان وقشور الأسماك.
هناك استراتيجية أخرى للعثور على حياة تختلف عن تلك الموجودة على الأرض، وهي اكتشاف أدلة على وجود حضارة، مثل الأضواء الاصطناعية، أو ثاني أكسيد النيتروجين الملوث الصناعي في الغلاف الجوي. هذه أمثلة على آثار الحياة الذكية التي تسمى التوقيعات التقنية.
من غير الواضح كيف ومتى سيحدث الاكتشاف الأول للحياة خارج الأرض. قد يكون ذلك داخل النظام الشمسي، أو عن طريق استنشاق أجواء الكواكب الخارجية، أو عن طريق الكشف عن إشارات راديوية صناعية من حضارة بعيدة.
البحث طريق ملتوي، وليس طريقًا مستقيمًا. وهذا بالنسبة للحياة التي نعرفها – وبالنسبة للحياة التي لا نعرفها، فقد انتهت كل الرهانات.
تم إعادة نشر هذا المقال من The Conversation، وهي منظمة إخبارية مستقلة غير ربحية تقدم لك حقائق وتحليلات جديرة بالثقة لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد. كتب بواسطة: كريس إمبي، جامعة أريزونا
اقرأ المزيد:
يتلقى كريس إمبي تمويلًا من المؤسسة الوطنية للعلوم ومعهد هوارد هيوز الطبي.