Η έρευνα για εξωπλανήτες και η αστροβιολογία έχουν προχωρήσει πολύ τα τελευταία χρόνια. Μέχρι σήμερα, οι αστρονόμοι έχουν επιβεβαιώσει την ύπαρξη 4.935 εξωπλανητών σε 3.706 αστρικά συστήματα, ενώ άλλοι 8.709 υποψήφιοι αναμένουν επιβεβαίωση. Με τόσους πολλούς πλανήτες για μελέτη, με τηλεσκόπια και όργανα επόμενης γενιάς και με βελτιωμένη ανάλυση δεδομένων, η έρευνα και μελέτη εστιάζεται στον χαρακτηρισμό αυτών των εξωπλανητών. Με το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb που έχει ήδη τεθεί σε τροχιά, η μελέτη των εξωπλανητών πρόκειται να προχωρήσει πολύ περισσότερο!
Ειδικότερα, οι επιστήμονες αναμένουν ότι ο χαρακτηρισμός των πλανητικών ατμοσφαιρών μπορεί να οδηγήσει στην ανακάλυψη των «βιουπογραφών» – σημάδια που τα συνδέουμε με τη ζωή και τις βιολογικές διεργασίες. Η πρόκληση θα είναι πώς να αναγνωρίσουμε τις υπογραφές που δεν «συμμορφώνονται» με τη “ζωή όπως την ξέρουμε”. Σε μια πρόσφατη μελέτη, ερευνητές από τη Σχολή Εξερεύνησης της Γης και του Διαστήματος (School of Earth and Space Exploration, SESE) στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Αριζόνα (ΑSU), ΗΠΑ, διερευνούν πιθανά εργαλεία για την αναζήτηση ζωής «όπως δεν τη γνωρίζουμε».
Για χάρη της μελέτης τους, η ομάδα εξέτασε τις διάφορες διαδικασίες που συνδέουμε με τη ζωή εδώ στη Γη και προσπάθησε να εντοπίσει τα καθολικά πρότυπα που δεν φαίνεται να εξαρτώνται από συγκεκριμένα μόρια. Στη Γη, η ζωή αναδύεται από την αλληλεπίδραση εκατοντάδων χημικών ενώσεων και αντιδράσεων, μερικές από τις οποίες μοιράζονται όλοι οι οργανισμοί. Αυτή η «καθολική βιοχημεία» χαρακτηρίζει όλη τη ζωή στη Γη, αλλά εγείρει προβλήματα σχετικά με την αστροβιολογία (τη μελέτη της ζωής πέρα από τη Γη).
Σε άλλα πλανητικά περιβάλλοντα, η εμφάνιση και η εξέλιξη της ζωής μπορεί να οφείλεται σε διαφορετικά χημικά στοιχεία συνολικά. Αντί για άνθρακα, το βασικό δομικό στοιχείο της ζωής θα μπορούσε να είναι το πυρίτιο ή το γερμάνιο. Αντί για νερό, οι οργανισμοί θα μπορούσαν να μεταβολίσουν διαλύτες όπως το μεθάνιο ή η αμμωνία. Ωστόσο, ορισμένες βιολογικές διεργασίες που σχετίζονται με τη ζωή θα μπορούσαν να μοιραστούν μεταξύ της ζωής στη Γη και αλλού στο Σύμπαν.
Με άλλα λόγια, μελλοντικές αστροβιολογικές έρευνες θα μπορούσαν να βρουν στοιχεία για ζωή πέρα από τη Γη εστιάζοντας σε αυτό που κάνει η ζωή και όχι σε αυτό που είναι. Όπως είπαν οι συγγραφείς της μελέτης: «Θέλουμε να έχουμε νέα εργαλεία για τον εντοπισμό και ακόμη και την πρόβλεψη χαρακτηριστικών της ζωής καθώς δεν τη γνωρίζουμε. Για να το κάνουμε αυτό, στοχεύουμε να προσδιορίσουμε τους παγκόσμιους νόμους που πρέπει να ισχύουν σε οποιοδήποτε βιοχημικό σύστημα. Αυτό περιλαμβάνει την ανάπτυξη ποσοτικής θεωρίας για την προέλευση της ζωής και τη χρήση θεωρίας και στατιστικών για την καθοδήγηση της αναζήτησής μας για ζωή σε άλλους πλανήτες. Δεν είμαστε μόνο τα μόρια που αποτελούν μέρος του σώματός μας. Εμείς, ως ζωντανά όντα, είμαστε μια αναδυόμενη ιδιότητα των αλληλεπιδράσεων των πολλών μορίων από τα οποία είμαστε φτιαγμένοι. Αυτό που κάνει η δουλειά μας είναι να αναπτύξουμε τρόπους μετατροπής αυτής της φιλοσοφικής διορατικότητας σε ελεγχόμενες επιστημονικές υποθέσεις».
Ο Dylan Gagler, απόφοιτος του ASU και σημερινός αναλυτής βιοπληροφορικής στο Ιατρικό Κέντρο Langone του Πανεπιστημίου της Νέας Υόρκης (NYU), είναι ο κύριος συγγραφέας της μελέτης. Μαζί με τους συναδέλφους του, αποφάσισαν να επικεντρωθούν στα ένζυμα, τους λειτουργικούς οδηγούς της βιοχημείας. Χρησιμοποιώντας τη βάση δεδομένων Integrated Microbial Genomes and Microbiomes (IMGM) (που διατηρείται από το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ (DOE) και το Joint Genome Institute), ερεύνησαν την ενζυματική σύνθεση των βακτηρίων, των αρχαίων και των ευκαρύων. Ενώ τα πρώτα είναι μονοκύτταροι οργανισμοί (προκαρυώτες) που βρίσκονται παντού στη Γη, τα ευκάρυα είναι κύτταρα που έχουν έναν πυρήνα κλεισμένο μέσα σε ένα πυρηνικό περίβλημα – το οποίο περιλαμβάνει τα πάντα, από πρωτιστές και μύκητες μέχρι φυτά και ζώα. Μέσω αυτής της προσέγγισης, η ομάδα εξέτασε την πλειοψηφία της βιοχημείας της Γης και εντόπισε στατιστικά πρότυπα στη βιοχημική λειτουργία των ενζύμων που μοιράζονται σε αυτές τις πολλές μορφές ζωής
Με αυτόν τον τρόπο, επαλήθευσαν ότι τα στατιστικά μοτίβα προέρχονται από λειτουργικές αρχές που δεν μπορούν να εξηγηθούν από το κοινό σύνολο λειτουργιών ενζύμων που χρησιμοποιούνται από όλες τις γνωστές ζωές και προσδιόρισαν σχέσεις κλιμάκωσης που σχετίζονται με γενικούς τύπους συναρτήσεων. Όπως είπε ο συν-συγγραφέας Hyunju Kim, επίκουρος καθηγητής έρευνας στο SESE και στο Beyond Center του ASU:
«Εντοπίσαμε αυτό το νέο είδος βιοχημικής καθολικότητας από τα μεγάλης κλίμακας στατιστικά πρότυπα της βιοχημείας και διαπιστώσαμε ότι είναι πιο γενικά σε άγνωστες μορφές ζωής σε σύγκριση με την παραδοσιακή που περιγράφεται από τα συγκεκριμένα μόρια και τις αντιδράσεις που είναι κοινές σε όλη τη ζωή στη Γη. Αυτή η ανακάλυψη μας δίνει τη δυνατότητα να αναπτύξουμε μια νέα θεωρία για τους γενικούς κανόνες της ζωής, η οποία μπορεί να μας καθοδηγήσει στην αναζήτηση νέων παραδειγμάτων ζωής».
Η ερυνητική ομάδα υπό την ηγεσία του ASU είναι μέρος του προγράμματος Διεπιστημονικής Κοινοπραξίας για Έρευνα στην Αστροβιολογία ( Interdisciplinary Consortia for Astrobiology Research, ICAR), που χρηματοδοτείται μέσω του Προγράμματος Αστροβιολογίας της NASA. Αυτό το πρόγραμμα, που εγκαινιάστηκε πέρυσι, επέλεξε οκτώ διεπιστημονικές ερευνητικές ομάδες για να διερευνήσουν θέματα που κυμαίνονται από την κοσμική προέλευση και το σχηματισμό πλανητικών συστημάτων έως την προέλευση και την εξέλιξη της ζωής και την αναζήτηση ζωής πέρα από τη Γη. Η ομάδα υπό την ηγεσία του ASU επικεντρώνεται στη «Βιοχημεία των Πλανητικών Συστημάτων».
Η εργασία που περιγράφει τα ευρήματά τους δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο Proceedings of the National Academy of Sciences.
