Bilim İnsanları, Gezegenler Olmasa Bile Uzayda Yaşamın Var Olabileceğini Söylüyor

Yaşam için habitat olarak gezegenlere odaklanıyoruz çünkü yaşamın devam etmesi için gerekli koşulları sağlıyorlar. Sıvı su, onu sıvı halde tutmak için doğru sıcaklık ve basınç ve zararlı radyasyondan korunma fotosentetik yaşam için birincil gerekliliklerdir.

Peki ya diğer ortamlar, hatta organizmaların kendileri tarafından korunan ortamlar da bu gereklilikleri sağlayabiliyorsa?

Astrobiyoloji dergisinde yayınlanan yeni bir araştırmada araştırmacılar, ekosistemlerin bir gezegene ihtiyaç duymadan kendi yaşamları için gerekli koşulları oluşturup sürdürebileceklerine işaret ediyor.

Makalenin başlığı “Dünya Dışı Ortamlarda Kendi Kendini İdame Ettiren Yaşam Alanları”. Yazarlar, Harvard'da Yer ve Gezegen Bilimleri Profesörü Robin Wordsworth ve Edinburgh Üniversitesi Fizik ve Astronomi Fakültesi'nde Astrobiyoloji Profesörü Charles Cockell.

“Standart yaşanabilirlik tanımları, yaşamın sıvı suyu stabilize etmek ve yüzey sıcaklığını düzenlemek için gezegensel yerçekimi kuyularının varlığını gerektirdiğini varsaymaktadır” diye yazıyorlar. “Burada bu varsayımın gevşetilmesinin sonuçları değerlendirilmektedir.”

Wordsworth ve Cockell, biyolojik olarak oluşturulan bariyerlerin ve yapıların, gezegen olmadan yaşamı mümkün kılan gezegensel koşulları taklit edebileceğini yazıyor. UV ışığını engellerken fotosentez için ışığın içeri girmesine izin verebilirler. Ayrıca vakumdayken uçucu kaybını önleyebilir ve suyun sıvı halde kalması için gereken sıcaklık ve basınç aralığını koruyabilirler

“Görünür radyasyonu iletebilen, ultraviyole ışınları engelleyebilen ve uzay boşluğuna karşı 25-100 K sıcaklık gradyanlarını ve 10 kPa basınç farklarını sürdürebilen biyolojik olarak üretilmiş bariyerler, Güneş Sistemi'nde 1 ila 5 astronomik birim arasında yaşanabilir koşullara izin verebilir” diye yazıyorlar.

Yazarlar, “Dünya dışındaki yaşamın önündeki kısıtlamaları anlamak için, öncelikle gezegenimizin yaşam için neden iyi bir habitat olduğunu gözden geçirerek başlayabiliriz” diye yazıyor.

Dünya sadece sıvı su sağlamaktan ve radyasyondan korunmaktan daha fazlasını yapıyor. Birbiriyle etkileşim halinde olan karmaşık katmanlara sahip bütün bir sistemdir.

Gezegenin yüzeyi, Güneş'ten gelen ve tüm biyosferi harekete geçiren kolay erişilebilir bir enerji kaynağına maruz kalmaktadır. Yaşam için gerekli olduğunu düşündüğümüz elementler bazen sınırlı olsa da mevcuttur: karbon, hidrojen, nitrojen, oksijen, fosfor ve sülfür. Bunlar volkanizma ve plaka tektoniği yoluyla biyosferde döngüye girer ve tekrar kullanılabilir hale gelir.

Dünya aynı zamanda atmosferde ve yüzeyde oksitleyici, tortular ve derin yeraltı gibi diğer bölgelerde ise indirgeyicidir. Yazarlar, bu durumun “redoks gradyanlarının metabolik amaçlar için kullanılmasına” olanak sağladığını belirtiyor.

Bu koşullar başka bir yerde mevcut değil. Astrobiyoloji, sıcak ve tuzlu okyanusları nedeniyle Güneş Sistemi'nin donmuş uydularını hedef alıyor. Ama besin döngüleri var mı?

 

Dış Güneş Sistemi'ndeki düşük kütleli nesneler geniş bir yüzey alanına sahiptir, ancak Güneş'in enerjisi zayıftır. Atmosferlerini tutmaları pek mümkün değildir, bu nedenle sıvı su için doğru basınç ve sıcaklığa ulaşamazlar. Ayrıca UV radyasyonuna ve kozmik ışınlara karşı da korumasızlar.

“Dünya'nın ötesinde varlığını sürdürebilmek için,” diye yazıyor yazarlar, ”herhangi bir canlı organizma bu zorlukların üstesinden gelebilecek kadar çevresini değiştirmeli veya ona uyum sağlamalıdır.”

Yazarlar, Dünya'daki biyolojik materyallerin bunu zaten yapabildiğini yazıyor. Ekosistemlerin kendi hayatta kalmaları için gerekli koşulları geliştirebilmeleri akla yatkındır ve eğer fotosentetik yaşam bunu uzay boşluğunda yapabiliyorsa, biz de yapabiliriz. Bu, insanoğlunun uzay araştırmaları için büyük bir fayda sağlayacaktır.

Her şey suyla başlar ve sıvı su söz konusu olduğunda bilim insanları üçlü noktaya atıfta bulunurlar. Üçlü nokta, faz geçişlerini ve suyun farklı basınçlar ve sıcaklıklar altında nasıl davrandığını açıklayan termodinamik bir referans noktasıdır.

Araştırmacılar, “Sıvı suyu muhafaza etmek için gereken minimum basınç üçlü noktadır: 0°C'de (273 K) 611,6 Pa,” diye açıklıyor. Bu sayı 15 ila 25 santigrat arasında birkaç kPa'ya yükselir.

Siyanobakteriler, ışık, sıcaklık ve pH doğru aralıklarda olduğu sürece 10 kPa'lık hava tepe basıncı ile büyüyebilir. Asıl soru şu: Bildiğimiz herhangi bir canlı 10 kPa'yı koruyabilen duvarlar oluşturuyor mu?

Yazarlar, “10 kPa mertebesindeki iç basınç farklılıkları biyolojik materyaller tarafından kolaylıkla korunur ve aslında Dünya'daki makroskopik organizmalarda yaygındır” diye yazıyor. ”1,5 m boyundaki bir insanın başından ayaklarına kadar olan kan basıncı artışı yaklaşık 15 kPa'dır.”

Deniz yosunları da fotosentezden CO2 salgılayarak 15-25 kPa'lık iç şamandıra nodül basınçlarını sürdürebilir.

Sıvı su söz konusu olduğunda bir sonraki husus sıcaklıktır. Dünya, atmosferik sera etkisi sayesinde sıcaklığını korur. Ancak örneğin küçük kayalık cisimlerin bunu tekrarlaması pek olası değildir.

Yazarlar, “Dolayısıyla, biyolojik olarak üretilmiş bir habitat aynı etkiyi katı hal fiziği yoluyla elde etmelidir” diye yazıyor.

Gelen enerji ve giden enerjinin dengelenmesi gerekir ve Dünya'daki bazı organizmalar bu dengeyi korumak için evrimleşmiştir.

Wordsworth ve Cockell, “Örneğin Sahra gümüş karıncaları, hem yüzey yakın kızılötesi yansıtıcılıklarını hem de termal yayıcılıklarını artırma yeteneğini geliştirerek, bilinen diğer tüm eklembacaklıların aralığının üzerindeki ortam sıcaklıklarında hayatta kalmalarını sağladı” diye yazıyor. Bu da yırtıcıların güneşten uzak durması gereken günün sıcağında yiyecek arayarak hayatta kalmalarını sağlıyor.

İnsanlar son derece düşük yoğunluklu ve termal iletkenliğe sahip silika aerojeller yapmışlardır. Doğrudan biyolojik eşdeğerleri olmasa da, yazarlar “doğada karmaşık silika yapılar üreten birçok organizmanın var olduğunu” yazıyor.

Aslında, bazı diatomlar, üretim süreçlerimizde kullanılanlardan daha küçük silika parçacıklarını manipüle ederek silika yapılar üretebilir. Organik malzemelerden üretilen aerojeller yapay olanlarla benzer özelliklere sahiptir.

Yazarlar, “Bu göz önüne alındığında, yüksek yalıtım malzemelerinin biyojenik hammaddelerden yapay olarak veya hatta doğrudan canlı organizmalar tarafından üretilebileceği akla yatkındır” diye yazıyor.

Yazarlar, bu tür yapıların sıvı suyu muhafaza etmek için doğru sıcaklık ve basıncı koruyabileceğini hesapladılar.

“Görülebileceği gibi, iç sıcaklığı 288 K'de tutmak çok çeşitli yörünge mesafeleri için mümkündür” diye açıklıyorlar. “Bu hesaplamada serbest yüzen bir habitat varsayılmıştır, ancak benzer hususlar bir asteroit, ay veya gezegenin yüzeyindeki habitatlar için de geçerlidir.”

Uçucu madde kaybı da bir başka sorun. Atmosferini tutamayan bir habitat sıvı su için gerekli sıcaklık ve basıncı koruyamaz.

Yazarlar, “Tüm malzemeler atomlar ve küçük moleküller için bir miktar geçirgenliğe sahiptir ve uzun zaman ölçeklerinde, uzay boşluğu uçucu türler için esasen kalıcı bir lavaboyu temsil eder” diye açıklıyor.

Bu durum, basınç ve sıcaklığı koruyan aynı bariyerlerle çözülebilir. Yazarlar, “Uçucu kaçışının engellenmesi, sıvı suyu stabilize etmek için gerekli basınç farkını korumaktan sorumlu habitat duvarının aynı kısmı tarafından en kolay şekilde başarılabilir” diye yazıyor.

Yazarlar ayrıca UV radyasyonunun etkilerini de göz önünde bulunduruyor. Radyasyon ölümcül olabilir, ancak Dünya'da bunu anlamak için evrim geçirmiş yaşam örnekleri var.

“Bununla birlikte, günümüzde fotosentez için gerekli görünür radyasyonu engellemeden silisleşmiş biyofilmlerde ve stromatolitlerde UV'yi zayıflatan amorf silika ve indirgenmiş demir gibi bileşikler tarafından kolayca engellenmektedir” diye yazıyorlar.

Fotosentez için güneş enerjisinin mevcudiyeti, Güneş Sistemi'nin pek çok yerinde büyük olasılıkla bir engel değildir. Yazarlar, Arktik alglerin buzun altında son derece zayıf ışıkta büyüdüğüne dikkat çekiyor.

Tıpkı Dünya'da olduğu gibi bir tür besin döngüsü gerekli olacaktır. Yazarlar, “Uzun vadede göz önünde bulundurulması gereken bir diğer husus da kapalı döngü bir ekosistemin inatçı organik madde gibi atık ürünleri işleyebilmesi ve iç redoks gradyanlarını sürdürebilmesidir” diye açıklıyor.

Dünya'nın iç kısmındaki aşırı ısı bu işi hallediyor, ancak bu aşırılıklar olmadan, “uzayda tamamen kapalı döngü bir ekosistem, kimyasal gradyanlar ve inatçı atık ürünleri parçalayabilen uzman biyota oluşturmak için bazı iç bölümlendirmelere ihtiyaç duyacaktır” diye yazıyorlar.

Yazarlar makalelerinde, hücre boyutu ve tek hücreli organizmalar ile daha büyük, daha karmaşık organizmaların boyutunu sınırlayan faktörler gibi diğer faktörleri de ele almaktadır. Tamamen otonom canlı habitatların göz ardı edilemeyeceği sonucuna varıyorlar.

“Bununla birlikte, rejenerasyon ve büyüme yeteneğine sahip tamamen otonom bir sistem görünüşe göre herhangi bir fiziksel veya kimyasal kısıtlama tarafından yasaklanmamıştır ve bu nedenle biraz daha fazla düşünmek ilginçtir” diye yazıyorlar.

Sistem duvarlarını yenileyebildiği sürece bu mümkün. Yazarlar, mevcut fotosentetik yaşamın halihazırda amorf silika ve organik polimerler üretebildiğine dikkat çekiyor. Bu malzemeler duvar görevi görebilir ve en azından organizmaların habitat duvarları oluşturmak için evrimleşebilecekleri bir yol olduğunu gösterir.

“Daha özerk bir yaşam alanı, tıpkı bitki hücrelerinin mikrometre ölçeğinde kendi duvarlarını yeniden üretmesi gibi, kendi duvar malzemesini yetiştirebilecektir” diye açıklıyorlar.

Başka bir yerde yaşam varsa, burada Dünya'da olduğu gibi aynı evrimsel yolu izlediğini düşünme eğilimindeyiz, ancak bu doğru olmayabilir. Yazarlar, “Başka yerlerdeki yaşamın evrimi Dünya'dakinden çok farklı yollar izlemiş olabileceğinden, diğer yıldızların etrafındaki geleneksel yaşanabilir ortamların dışında, alışılmadık ama potansiyel olarak tespit edilebilir biyo-imzalara sahip olacakları canlı habitatlar da var olabilir” diye yazıyor.

Yazarlar, “Burada tartıştığımız türden biyolojik yapılar, akıllı bir müdahale olmaksızın doğal yollarla evrimleşebilir mi?” diye soruyor. Yazarlar, bilinçli olmayan yaşamın dünya dışı ortamlarda hayatta kalmak için gerekli tüm koşulları sürdürebileceğini savunuyorlar.

“Dünya'daki yaşam, zaman içinde giderek daha geniş bir yelpazeye yayılan çevresel koşullara uyum sağlamış olsa da henüz bunu başarmış değil” sonucuna varıyorlar. “Alternatif gezegensel sınır koşulları altında yaşam için farklı evrimsel yolların akla yatkınlığını araştırmak, gelecekteki araştırmalar için ilginç bir konu olacaktır.”

Bu yazı SCIENCEALERT’ de yayınlanmıştır.