Chociaż miejsce nie wygląda zbyt przyjaźnie, wszystko wskazuje na to, że przed miliardami lat wcale nie było bezkresną pustynią. Dawno temu dnem krateru Jezero płynęła marsjańska rzeka, której osady mogły przetrwać próbę czasu. To właśnie ich odnalezienie jest głównym celem misji Perseverance. Do tej pory łazik zgromadził 18 próbek skał, piasku i atmosfery, a obecnie eksploruje górną część krateru, gdzie może pobrać 20 kolejnych. Naukowcy i pasjonaci kosmosu mają nadzieję, że chociaż jedna z nich kryje w sobie dowód na istnienie życia, które dawno temu rozwijało się na Czerwonej Planecie.

Badaniem potencjalnego życia w przestrzeni kosmicznej zajmuje się gałąź nauki znana jako astrobiologia. Przygląda się ona czynnikom, które umożliwiły powstanie i rozwój procesów życiowych w znanym Wszechświecie oraz sprawdza, czy na innych planetach istnieje lub istniało życie. Astrobiologia to interdyscyplinarna i skomplikowana dziedzina, wykorzystująca najnowsze odkrycia biologii, chemii, fizyki i geologii, a także nauk o kosmosie.

Gdzie może kryć się życie?

W Układzie Słonecznym najczęściej wymienianym kandydatem do znalezienia śladów życia jest nasz kosmiczny sąsiad - Mars. Jak w rozmowie z tvn24.pl opowiadała doktor Lígia Fonseca Coelho z Instytutu Carla Sagana na Uniwersytecie Cornella, na liście tej znajdują się także satelita Jowisza - Europa, Tryton, czyli księżyc Neptuna, oraz dwa księżyce Saturna: Enceladus i Tytan. Ten ostatni jest szczególnie interesujący ze względu na badania nad tzw. dziwnym życiem.

- W ten sposób nieformalnie określamy procesy życiowe, które nie są zależne od wody - tłumaczyła. - Tytan to poza Ziemią jedyny obiekt w Układzie Słonecznym, gdzie znajdują się zbiorniki cieczy, ale zamiast wody wypełniają je płynne węglowodory. Jeśli w naszym sąsiedztwie istnieje życie zależne od metanu, być może znajdziemy jego ślady na Tytanie.

Kwestię odmiennej budowy organizmów pozaziemskich przytoczył w rozmowie z tvn24.pl dr Dimitra Atri z Centrum Nauk o Kosmosie Uniwersytetu Nowojorskiego w Abu Zabi.

- Siedliska, które znamy w kosmosie, są ekstremalne w porównaniu z naszymi standardami przetrwania, dlatego wydaje się nam, że najlepiej poradzą tam sobie drobne organizmy ekstremofilne. Jest to jednak oparte na założeniu, że biologia na innych planetach działa tak samo jak na Ziemi - wyjaśnił.

Oko na inne światy

Poszukiwanie życia pozaziemskiego kojarzy się przede wszystkim z misjami kosmicznymi. Oprócz wspomnianego Perseverance naszą planetę opuściły dziesiątki innych łazików, satelitów i sond, które udały się w różne zakątki Układu Słonecznego, a nawet poza jego granice. Od wystrzelonej w 1997 roku sondy Cassini-Huygens, która badała okolice Saturna, poprzez marsjańskie łaziki Curiosity i Opportunity, aż po planowaną misję VLF, która skieruje się w stronę Wenus - nasze kosmiczne oczy spoglądają na wiele stron.

Bardzo dobry wgląd w kosmiczne krajobrazy dają nam teleskopy kosmiczne. Słynne zdjęcie Filarów Stworzenia z 1995 roku, wykonane przez Kosmiczny Teleskop Hubble'a, stało się popkulturową ikoną. Gigantyczne kolumny kosmicznego gazu i pyłu w Mgławicy Orła, przez które przebijało się światło młodych gwiazd, rozbudziły wyobraźnię nie tylko miłośników astronomii. W zeszłym roku Filary Stworzenia sfotografował następca Hubble'a, Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba. Wyniesiony na orbitę okołoziemską w grudniu 2021 roku sprzęt obserwuje setki obiektów - od sąsiedniego Marsa po odległe galaktyki.

Jednym z głównych celów misji Webba jest jednak poszukiwanie egzoplanet, czyli planet pozasłonecznych oraz badanie ich atmosfer. Według Katalogu Planet Nadających się do Zamieszkania, prowadzonego przez Uniwersytet Portorykański w Arecibo, obecnie znamy 63 ciała niebieskie przypominające Ziemię, zlokalizowane w ekosferze różnych gwiazd - strefie, w której panują warunki do podtrzymywania życia. Naukowcy szacują, że jest ich znacznie więcej, nawet całe miliardy w samej Drodze Mlecznej. Ile z nich może podtrzymać życie? To wciąż tajemnica.

Jak powiedział doktor Atri, wiele istotnych dla astrobiologii misji znajduje się dopiero w fazie wstępnej, projektowej. Wśród nich wymienia lądownik Dragonfly, który w 2027 roku zostanie wysłany w stronę Tytana, ExoMars, będącą efektem współpracy pomiędzy NASA i Europejską Agencję Kosmiczną (ESA), oraz sondy Europa Clipper i JUICE. Ta ostatnia właśnie wystartowała.

Opracowana przez ESA misja JUICE (Jupiter Icy Moons Explorer, "eksploracja lodowych księżyców Jowisza"), rozpoczęta 14 kwietnia, ma na celu zbadanie trzech dużych satelitów Jowisza: Europy, Ganimedesa i Kallisto. Z centrum kosmicznego w Gujanie Francuskiej wystrzelono rakietę Ariane 5, a wraz z nią sondę wyposażoną w szereg instrumentów badających atmosferę, magnetosferę i topografię księżyców. W roku 2032 rozpocznie ona bliską obserwację tych ciał niebieskich, koncentrując się na jednym problemie badawczym: czy mogą one podtrzymać życie?

Zanim sonda JUICE dotrze do Jowisza, trzykrotnie przeleci w pobliżu Ziemi i raz niedaleko Wenus. Jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, lodowe księżyce obejrzymy z bliska dopiero w przyszłej dekadzie. W międzyczasie w przestrzeń kosmiczną wyruszą kolejne sondy i lądowniki, a bliskie i dalekie zakątki Wszechświata będą obserwowane czujnym okiem Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba i jego następców.

Alfabet życia

Misja Perseverance kosztowała ponad 2,7 miliarda dolarów, a to wcale nie najbardziej kosztowne przedsięwzięcie w historii poszukiwania życia pozaziemskiego - budowa Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba była ponad trzykrotnie droższa, a im dalej chcemy się udać, z tym wyższymi kosztami powinniśmy się liczyć. Pogoń za śladami życia nie zawsze wymaga jednak podróży w przestrzeń kosmiczną. Coraz więcej ośrodków naukowych rozpoczyna badania nad metodami, które pomogą nam w znajdowaniu "przyjaznych życiu" miejsc w kosmosie bez ruszania się z Ziemi.

Najpoważniejszą przeszkodą jest fakt, że wciąż nie do końca wiemy, czego szukać. Naukowcy dysponują tylko jednym punktem odniesienia - opartym na węglu ziemskim życiem, które do przetrwania wymaga wody i określonych warunków środowiskowych. To na jego podstawie tworzone są modele pozwalające nam nieco zawęzić poszukiwania. Astronomowie mogą na przykład szukać zbiorników płynnej wody na powierzchni danego świata lub organicznych cząstek w jego atmosferze. Spełnienie tego kryterium nie oznacza jednak automatycznie, że planeta może być kolebką życia.

- Nadal szukamy wiernej kopii atmosfery lub barw Ziemi, ale nadający się do zamieszkania świat może mieć inną budowę czy kolor - wyjaśniła doktor Coelho. - Aby zwiększyć nasze szanse na znalezienie życia poza Ziemią, musimy rozszerzyć naszą wyobraźnię i rozważyć alternatywne formy życia. Wymaga to użycia danych referencyjnych, aby modelować różne scenariusze i wyjść poza nasze obecne rozumienie życia.

Profesor Henderson James Cleaves z Instytutu Technologicznego w Tokio tłumaczył w rozmowie z tvn24.pl, że życie pozostawia nieco inną sygnaturę związków organicznych niż procesy abiotyczne, czyli niezwiązane z działalnością organizmów. Jego zespół badawczy opracował w 2021 roku metodykę rozpoznawania związków organicznych pochodzących od istot żywych za pomocą spektrometrii mas.

- Świeże materiały biologiczne charakteryzują się pewnym stopniem bałaganu w widmach spektrometrycznych - wyjaśnił. - W miarę starzenia się ich najbardziej niestabilne związki rozkładają się, a ponadto obserwujemy w nich znaczącą utratę azotu, co upraszcza widmo. W przypadku związków abiotycznych azot również jest tracony z czasem, jednak stają się one coraz mniej uporządkowane.

Wiedza ta może pomóc w rozpoznaniu, czy wykryte na obcym świecie związki organiczne mogą potencjalnie pochodzić od żywych organizmów, czy też powstały w procesach geologicznych lub klimatycznych. Jak pokazuje nam niedawny przykład planetoidy Ryugu, w której próbkach znaleziono jedną z zasad azotowych tworzących RNA, nawet tak skomplikowane cząsteczki mogą tworzyć się samoistnie pod wpływem ekstremalnych sił, jakie działają w przestrzeni kosmicznej. Wcześniej ślady organicznej materii odnaleziono także w meteorycie Murchison - ta kosmiczna skała przyniosła ze sobą aminokwasy.

Profesor Cleaves dodał, że chociaż biologia "dziwnego życia" może znacząco różnić się od tej ziemskiej, jest bardzo prawdopodobne, że będzie ono oparte na powtarzalnych sekwencjach, kodujących konkretne informacje niczym ludzkie DNA.

- Oznaczałoby to, że są one zbudowane z pewnego "alfabetu" związków, a zatem ich widma mogłyby być pod pewnymi względami podobne do tych zostawianych przez ziemskie życie, chociaż oczywiście odmienne pod względem składu chemicznego - przekazał.

Przetrwają najlepiej przystosowani

Nie wszystkie ciała niebieskie dysponują dogodnymi warunkami do rozwoju życia w postaci, jaką znamy. Z lodowej powierzchni Europy Słońce wygląda jak jasny, ale mały i daleki punkt - światła jest tam 25 razy mniej niż na Ziemi. Krwawe bruzdy to natomiast przypomnienie o bliskości Jowisza. Władca niebios nieustannie przyciąga do siebie księżyc, powodując naprężenia w zmrożonej skorupie i oddziałując na wszystko, co znajduje się pod nią. W takich warunkach przetrwają tylko najsilniejsi, najlepiej przystosowani do ekstremalnych środowisk. Wiemy, że na Ziemi sztuka ta udaje się setkom mikroorganizmów, zatem istnieje szansa, że wcale nie jesteśmy wyjątkowi pod tym względem.

W 2022 roku grupa naukowców ze Stanów Zjednoczonych, Portugalii i Kanady przeprowadziła analizę śladów, jakie pozostawiają poszczególne grupy psychrofilnych (zimnolubnych) bakterii na arktycznym lodzie. Większość z tych organizmów wykorzystuje barwniki foto- i chemosyntetyczne do odżywiania się. Związki te mają intensywne barwy, co sprawia, że są dobrze widoczne zarówno gołym okiem, jak i w widmach spektrometrycznych.

- Nasze wyniki zostały przedstawione w formacie kolorowego katalogu sygnatur życia, które przetrwało w arktycznym lodzie - wyjaśniła doktor Coelho, współautorka badania. - Dane te mogą zostać wykorzystane jako narzędzie w przyszłych misjach wykorzystujących teleskopy (...) do poszukiwania lodowych egzoplanet, gdzie może istnieć życie. Dane będą dostępne również dla przyszłych misji, które będą badać bliższe lodowe światy w następnej dekadzie.

Badaczom udało się również odkryć, że w suchych warunkach kolory barwników są jeszcze wyraźniejsze i łatwiejsze do zaobserwowania. Sugeruje to, że ślady pozostawione przez hipotetyczną faunę i florę mogą być bardziej intensywne na suchych egzoplanetach i księżycach lub w środowiskach takich jak Tytan, gdzie żywe "istoty" mogą wykorzystywać ciekłe węglowodory zamiast wody.

Mikroby stały się również inspiracją dla autorów Mikrobiologicznego Indeksu Zamieszkalności (Microbial Habitability Index, MHI). Model ten został opracowany w 2022 roku celem określenia, które obiekty w Układzie Słonecznym mogłyby podtrzymać życie naszych rodzimych bakterii. Organizmy, które potrafią przetrwać w pobliżu stacji Wostok na Antarktydzie czy w kominach geotermalnych atlantyckiego Zaginionego Miasta, mogą potencjalnie poradzić sobie również pod lodową skorupą Enceladusa.

- Mogą jednak istnieć inne, nieznane nam sposoby na to, jak życie wykorzystuje środowisko - dodał doktor Atri, główny autor badania. - Jedynym sposobem, aby się o tym przekonać, jest bardziej wnikliwe przyjrzenie się pobliskim ciałom niebieskim.

Samotni we Wszechświecie

Jak głosi legenda, w 1950 roku Enrico Fermi, fizyk doświadczalny i laureat Nagrody Nobla, zadał pytanie, na które od wieków szukano odpowiedzi: gdzie Oni są? Chociaż historycy do dziś spierają się o to, czy wybitny naukowiec rzeczywiście rozważał ten temat, problem pozostaje - dlaczego jeszcze nie skontaktowali się z nami przedstawiciele pozaziemskiej cywilizacji? Czy to możliwe, że jesteśmy sami we Wszechświecie?

Próbując wyjaśnić tę wątpliwość, naukowcy przedstawiają wiele teorii. Jedna z nich, hipoteza Wielkiego Filtra zakłada, że obce cywilizacje mogły wyginąć, zanim osiągnęły poziom technologiczny pozwalający na podróże międzygwiezdne. Istnieją również prostsze wytłumaczenia - na przykład takie, które mówi o tym, że pozaziemskie życie może po prostu znajdować się zbyt daleko, by kontakt okazał się możliwy.

Gigantyczne odległości mogą jednak działać na naszą korzyść. Jak przekazała Coelho, bardzo trudno jest uwierzyć, że w ogromnym Wszechświecie, czy nawet w naszej galaktyce, powstanie życia to pojedynczy przypadek.

- Moim zadaniem jako astrobiolożki jest bycie jak najbardziej sceptyczną, aby moje nadzieje nie zakłócały obiektywnego spojrzenia na dane. Oczywiście jako ludzie zawsze jesteśmy trochę stronniczy - wyjaśniła. - Jeśli spojrzeć na warunki panujące na lodowych światach w Układzie Słonecznym czy nawet na Marsie, można dostrzec miejsca, gdzie przetrwałyby mikroby.

Podobne odczucia ma doktor Atri. Jak tłumaczył naukowiec, "życie jest bardzo wytrzymałe", więc niewykluczone, że gdzieś w Układzie Słonecznym znajdują się mikroorganizmy. Ponadto dowiadujemy się coraz więcej o Wszechświecie, w tym o planetach podobnych do Ziemi, krążących dookoła odległych Słońc. "Nie zdziwiłbym się, gdybyśmy w przyszłości odkryli, że życie jest zjawiskiem powszechnym w całym wszechświecie" - dodał.

Profesor Cleaves podkreślił, że chociaż Ziemia może okazać się wyjątkowa, ta myśl jest niewygodna dla większości naukowców. Wyjaśnia, że trudno jest określić, jak powszechne jest życie we Wszechświecie, a co dopiero życie inteligentne. "Gdybyśmy mogli znaleźć choćby jeden przykład, który rozwinął się niezależnie od nas w Układzie Słonecznym, znacznie podniosłoby to nasze szanse" - powiedział.

Wielka zagadka

W opublikowanej w 1985 roku powieści science fiction "Kontakt" astronom Carl Sagan przedstawił wizję pierwszego kontaktu ludzkości z inteligentną, pozaziemską cywilizacją. Chociaż niewykluczone, że pewnego dnia jeden z wycelowanych w niebo radioteleskopów odbierze zakodowaną wiadomość z daleka, sam autor podejrzewał, że poszukiwanie życia - lub pozostałości po nim - będzie odbywało się raczej w mikroskali.

"Jeżeli będziemy mieli wyjątkowo dużo szczęścia, znajdziemy niezależne formy życia" - pisał o poszukiwaniach życia na Marsie w wydanej w 1997 roku książce "Miliardy, miliardy". "Czy zawierają białka wykorzystywane do katalizy enzymatycznej? Jakiego kodu genetycznego używają? Jeśli udałoby się nam się uzyskać odpowiedzi na te pytania, byłby to sukces całej biologii".

Poszukiwanie odpowiedzi na pytanie, czy jesteśmy sami we Wszechświecie, to czasochłonne zajęcie. Czy uda nam się znaleźć ślady potwierdzające, że w naszym kosmicznym sąsiedztwie istniało kiedyś - lub nadal istnieje - życie? Coelho podkreśliła, że w tej układance brakuje nam jeszcze jednego ważnego elementu: zrozumienia, w jaki sposób ono powstaje.

- Wciąż nie znamy pełnej odpowiedzi na to pytanie, dlatego tak trudno określić nam, jak prawdopodobne jest jego odnalezienie i co jest potrzebne, by rozkwitło - dodała.