Ένα από τα πιο σημαντικά ερωτήματα που σχετίζονται με την αστροβιολογία – η αναζήτηση της ζωής στο Σύμπαν – αφορά τη φύση της ίδιας της ζωής. Για περισσότερο από έναν αιώνα, οι βιολόγοι γνώριζαν ότι η ζωή στη Γη οφείλεται στα βασικά δομικά στοιχεία του DNA, του RNA και των αμινοξέων. Επιπλέον, οι μελέτες των απολιθωμάτων έχουν δείξει ότι η ζωή έχει υποβληθεί σε πολλά εξελικτικά μονοπάτια που οδηγούν σε διάφορους οργανισμούς. Ταυτόχρονα, υπάρχουν άφθονα στοιχεία ότι η σύγκλιση και οι περιορισμοί παίζουν ισχυρό ρόλο στον περιορισμό των τύπων εξελικτικών τομέων που μπορεί να επιτύχει η ζωή.

(Credit: NASA/Jenny Mottar
Για τους αστροβιολόγους, αυτό εγείρει φυσικά ερωτήματα σχετικά με την εξωγήινη ζωή, η οποία επί του παρόντος περιορίζεται από το δικό μας περιορισμένο πλαίσιο αναφοράς. Για παράδειγμα, μπορούν οι επιστήμονες να προβλέψουν πώς μπορεί να είναι η ζωή σε άλλους πλανήτες με βάση όσα είναι γνωστά για τη ζωή εδώ στη Γη; Μια διεθνής ομάδα με επικεφαλής ερευνητές από το Ινστιτούτο Santa Fe (SFI) εξέτασε αυτά και άλλα ερωτήματα σε μια πρόσφατη εργασία. Αφού εξέτασαν περιπτωσιολογικές μελέτες σε διάφορους τομείς, καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι ορισμένα θεμελιώδη όρια εμποδίζουν την ύπαρξη ορισμένων μορφών ζωής.
Επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας ήταν ο Ricard Solé, επικεφαλής του εργαστηρίου ICREA-Complex Systems στο Universitat Pompeu Fabra και εξωτερικός καθηγητής στο Ινστιτούτο Santa Fe (SFI). Μαζί του συμμετείχαν πολλοί συνάδελφοι του SFI και ερευνητές από το Ινστιτούτο Βιολογίας στο Πανεπιστήμιο του Γκρατς, το Εργαστήριο Σύνθετων Πολυστρωματικών Δικτύων, το Κέντρο Ιατρικής Δικτύων της Πάντοβα (PCNM), το Πανεπιστήμιο Umeå, το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης (MIT), το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Γεωργίας (ΗΠΑ), το Ινστιτούτο Τεχνολογίας του Τόκιο και το Ευρωπαϊκό Κέντρο Τεχνολογίας Ζωής (ECLT).

Η εντύπωση του καλλιτέχνη για τη Γη κατά τον Αρχαίο αιώνα. (Credit: Εθνικό Μουσείο Φυσικής Ιστορίας Smithsonian)
Η ομάδα εξέτασε τι θα μπορούσε να βρει ένας διαστρικός ανιχνευτής, εάν προσγειωνόταν σε έναν εξωπλανήτη και άρχιζε να ψάχνει για σημάδια ζωής. Πώς θα μπορούσε μια τέτοια αποστολή να αναγνωρίσει τη ζωή που εξελίχθηκε σε μια βιόσφαιρα διαφορετική από αυτή που υπάρχει εδώ στη Γη; Αν υποθέσουμε ότι απαιτούνται φυσικές και χημικές προϋποθέσεις για την ανάδυση της ζωής, οι πιθανότητες θα ήταν πολύ μεγαλύτερες. Ωστόσο, το ζήτημα γίνεται πολύ πιο περίπλοκο, όταν κάποιος κοιτάξει πέρα από την εξελικτική βιολογία και την αστροβιολογία για να εξετάσει τη συνθετική βιολογία και τη βιο-μηχανική.
Σύμφωνα με τον Solé και την ομάδα του, όλες αυτές οι σκέψεις (μαζί) καταλήγουν σε ένα ερώτημα: μπορούν οι επιστήμονες να προβλέψουν ποιες πιθανές ζωντανές μορφές οργάνωσης υπάρχουν πέρα από αυτό που γνωρίζουμε από τη βιόσφαιρα της Γης; Μεταξύ του να μην γνωρίζουμε τι να αναζητήσουμε και της πρόκλησης της συνθετικής βιολογίας, είπε ο Solé, αυτό αποτελεί μια μεγάλη πρόκληση για τους αστροβιολόγους:
«Το μεγάλο ζήτημα είναι η ανίχνευση βιοϋπογραφών. Η ανίχνευση ατμοσφαιρών εξωπλανητών με την κατάλληλη ανάλυση γίνεται πραγματικότητα και θα βελτιωθεί τις επόμενες δεκαετίες. Αλλά πώς ορίζουμε ένα συμπαγές κριτήριο για να πούμε ότι μια μετρημένη χημική σύνθεση συνδέεται με τη ζωή;
«Η συνθετική βιολογία θα είναι ένα παράλληλο νήμα σε αυτήν την περιπέτεια. Η συνθετική ζωή μπορεί να παρέχει βαθιές ενδείξεις για το τι να περιμένουμε και πόσο πιθανό είναι υπό δεδομένες συνθήκες. Για εμάς, η συνθετική βιολογία είναι ένας ισχυρός τρόπος για να ανακρίνουμε τη φύση σχετικά με το δυνατό».
Για να διερευνήσει αυτά τα θεμελιώδη ερωτήματα, η ομάδα εξέτασε περιπτωσιολογικές μελέτες από τη θερμοδυναμική, τους υπολογισμούς, τη γενετική, την κυτταρική ανάπτυξη, την επιστήμη του εγκεφάλου, την οικολογία και την εξέλιξη. Εξετάζουν επίσης προηγούμενες έρευνες που προσπαθούσαν να μοντελοποιήσουν την εξέλιξη με βάση τη συγκλίνουσα εξέλιξη (διαφορετικά είδη αναπτύσσουν ανεξάρτητα παρόμοια χαρακτηριστικά ή συμπεριφορές), τη φυσική επιλογή και τα όρια που επιβάλλονται από μια βιόσφαιρα. Από αυτό, είπε ο Solé, εντόπισαν ορισμένες απαιτήσεις που παρουσιάζουν όλες οι μορφές ζωής:
«Έχουμε εξετάσει το πιο θεμελιώδες επίπεδο: τη λογική της ζωής σε όλες τις περιπτώσεις, δεδομένων πολλών πληροφοριακών, φυσικών και χημικών ορίων που φαίνεται να είναι αναπόφευκτα. Τα κύτταρα ως θεμελιώδεις μονάδες, για παράδειγμα, φαίνεται να είναι ένας αναμενόμενος ελκυστήρας όσον αφορά τη δομή: τα κυστίδια και τα μικκύλια σχηματίζονται αυτόματα και επιτρέπουν την εμφάνιση διακριτών μονάδων».
Οι συγγραφείς επισημαίνουν επίσης ιστορικά παραδείγματα όπου οι άνθρωποι προέβλεψαν ορισμένα πολύπλοκα χαρακτηριστικά της ζωής που επιβεβαίωσαν αργότερα οι βιολόγοι. Ένα σημαντικό παράδειγμα είναι το βιβλίο του Erwin Schrödinger του 1944, το «What is Life;» στο οποίο προέβλεψε ότι το γενετικό υλικό είναι ένας απεριοδικός κρύσταλλος – μια μη επαναλαμβανόμενη δομή που εξακολουθεί να έχει ακριβή διάταξη – που κωδικοποιεί πληροφορίες που καθοδηγούν την ανάπτυξη ενός οργανισμού. Αυτή η πρόταση ενέπνευσε τους James Watson και Francis Crick να διεξαγάγουν έρευνα που θα τους οδηγήσει στην ανακάλυψη της δομής του DNA το 1953.
Ωστόσο, είπε ο Solé, υπάρχει επίσης το έργο του John von Neumann που ήταν χρόνια πριν από την επανάσταση της μοριακής βιολογίας. Αυτός και η ομάδα του αναφέρονται στην έννοια του «καθολικού κατασκευαστή» του von Neumann, ένα μοντέλο για μια αυτοαναπαραγόμενη μηχανή που βασίζεται στη λογική της κυτταρικής ζωής και της αναπαραγωγής. «Η ζωή θα μπορούσε, κατ’ αρχήν, να υιοθετήσει πολύ διαφορετικές διαμορφώσεις, αλλά ισχυριζόμαστε ότι όλες οι μορφές ζωής θα μοιράζονται ορισμένα αναπόφευκτα χαρακτηριστικά, όπως τα γραμμικά πολυμερή πληροφοριών ή η παρουσία παρασίτων», συνόψισε ο Solé. Στο μεταξύ, πρόσθεσε, πρέπει να γίνουν πολλά για να μπορέσει η αστροβιολογία να προβλέψει με σιγουριά ποιες μορφές θα μπορούσε να πάρει η ζωή στο Σύμπαν μας:
«Προτείνουμε ένα σύνολο περιπτωσιολογικών μελετών που καλύπτουν ένα ευρύ φάσμα ιδιοτήτων πολυπλοκότητας ζωής. Αυτό παρέχει έναν καλά καθορισμένο οδικό χάρτη για την ανάπτυξη των θεμελιωδών στοιχείων. Σε ορισμένες περιπτώσεις, όπως το αναπόφευκτο των παρασίτων, η παρατήρηση είναι εξαιρετικά ισχυρή και έχουμε κάποιες διαισθήσεις για το γιατί συμβαίνει αυτό, αλλά όχι ακόμη ένα θεωρητικό επιχείρημα που να είναι παγκόσμιο. Η ανάπτυξη και η απόδειξη αυτών των ιδεών θα απαιτήσει νέες συνδέσεις μεταξύ διαφορετικών πεδίων, από τον υπολογισμό και τη συνθετική βιολογία μέχρι την οικολογία και την εξέλιξη».
Η εργασία με τίτλο “Fundamental constraints to the logic of living systems,” παρουσιάστηκε στο Interface Focus (δημοσίευση της Βασιλικής Εταιρείας).
Περαιτέρω ανάγνωση: Santa Fe Institute, Interface Focus
Περισσότερα εδώ