Dolazi doba astrobiologije. Kako će i gdje Perseverance tražiti tragove mogućeg života. Marsovce ne očekuje.

Nije isključeno da su prve organske molekule na Zemlju došle iz svemira (teorija panspermije). Kasnije su iz tih jednostavnih molekula nastajale sve složenije dok se nisu pojavile nukleinske kiseline koje su imale sposobnost autoreplikacije, objašnjava Tamara Čačev smisao potrage za tragovima mogućeg života na Marsu u koju su se uz Sjedinjene Države upustile i druge velike sile

• Naslovna ilustracija: Physicsworld, NASA

• dr. sc. Tamara Čačev viša je znanstvena suradnica u Zavodu za molekularnu medicinu Instituta Ruđer Bošković. Čačev je također članica Savjeta Ideje.hr

Sredinom ljeta prošle godine NASA je, na gotovo pet stotina milijuna kilometara dug put prema Marsu u sklopu misije Mars 2020, poslala rover Perseverance, kao svojevrsni nastavak misije koju je započeo rover Curiosity 2012. godine. Svjedočili smo njegovom uspješnom slijetanju na Mars, no glavni dio zadatka kako god se i samo slijetanje činilo spektakularnim, tek ima uslijediti. Naravno tehnološki rover je opremljen najsuperiornijim uređajima poput robotske ruke odnosno sonde SHERLOC (engl. Scanning Habitable Environments with Raman & Luminescence for Organics & Chemicals) čija će zadaća biti skeniranje stjenovite površine Marsa s fokusom na kemijski sastav i prisutnost organskih spojeva. Prijašnje misije na Mars utvrdile su kako su u prošlosti na njemu vladali uvjeti koji su imali potencijal da se u njima razvije život no konkretnih materijalnih dokaza za to nema. Stoga je zadatak ove misije skupiti podatke o mogućim molekularnim potpisima postojanja života na tom planetu. Prikupljeni uzorci bit će poslani na Zemlju na daljnje analize. Stoga je velik dio ciljeva misije Mars 2020 zapravo direktno vezan uz područje koje nazivamo astrobiologija.

Astrobiologija, ili egzobiologija odnosno ksenobiologija, kako se nekada nazivala, interdisciplinarno je područje koje uključuje biofiziku, biokemiju, molekularnu biologiju, astronomiju, geologiju te niz drugih znanstvenih disciplina i integrira njihova znanja u  istraživanja nastanka i evolucije života u svemiru. Zasad znamo kako se to dogodilo barem jednom i to kod nas na Zemlji, a postoje indicije kako se možda takav proces mogao odviti i na Marsu, a ako se prisjetimo onog Saganovog izračuna o mogućnosti postojanja inteligentne civilizacije negdje dalje u svemiru jasno je da vrijeme astrobiologije tek dolazi. Trenutni ciljevi su utvrditi postoji li negdje u svemiru okoliš u kojem vladaju uvjeti povoljni za razvoj života temeljenog na ugljičnoj biologiji, kakav jedino i poznajemo, te se nadamo da ćemo ga stoga lakše i prepoznati. Također, ako i ne postoji takav život, je li možda postojao nekad u prošlosti te postoje li ikakvi materijalni dokazi o tome. Naravno, već i samo otkriće prisutnosti organskih molekula veliki je korak u tom smjeru i to je zapravo i fokus koji snažno naglašavaju i američka NASA i europska ESA.

No zašto tražimo život temeljen na ugljiku i zašto nam je bitno da je na nekom planetu bila prisutna voda? Jedan je od najjednostavnijih odgovora da ćemo takav oblik života najlakše prepoznati no i činjenice da ako je nastao već jednom kod nas na Zemlji možda je nastao i negdje drugdje u svemiru. Ugljik je element iz kojeg se može sintetizirati veliki broj različitih kompleksnih molekula pa nije ni čudno da postoji cijelo područje kemije, organska kemija koja se upravo njima i bavi. Radi se također o elementu koji je četvrti po rasprostranjenosti u svemiru i količina energije koja se mora uložiti za nastanak veza između atoma ugljika kao i ona koja nastaje njihovim kidanjem upravo je  tolika da one budu dovoljno stabilne a s druge strane i dovoljno labilne kako bi bile reaktivne i sposobne stvarati nove interakcije bez prevelikog utroška energije. Zbog ovih svojstava, molekule koje se temelje na ugljiku mogu biti izrazito velike i kompleksne strukture. Prisutnost tekuće vode stvara idealni medij za nastanak takvih kompleksnih molekula te se biokemijske reakcije odvijaju u vodenom okruženju a u sastavu svih živih bića voda ima esencijalnu ulogu. Naravno uz vodik, kisik i ugljik za život kakav poznajemo bitni su i dušik (jedan od elemenata koji izgrađuje našu nasljednu tvar) te sumpor i fosfor. Stoga su to neki od osnovnih elemenata koje bi okoliš pogodan za život trebao sadržavati.

Jezero krater koji ima neke osobine koje ukazuju na nekadašnju prisutnost vode.  (NASA)

Na kakvim planetima bi se život temeljen na ugljiku mogao razviti? Pretpostavka je naravno na onima sličnim našemu, dakle planetima koji su imali dovoljno dugi vijek da se mogao odviti proces nastanka života kakav poznajemo na Zemlji i s dovoljno topline, ni previše, ni premalo da se ti procesi mogu odvijati. U našoj neposrednoj okolini prvi takav kandidat je upravo Mars.

Naravno nitko ne očekuje da će na Marsu sresti Marsovce, no možda je nekada u prošlosti na ovom planetu ipak nastao neki od primitivnijih oblika života u obliku nečeg što bi nalikovalo primitivnim mikroorganizmima kakve poznajemo na Zemlji. Na temelju ekstremnih uvjeta koji vladaju u nekim dijelovima našeg planeta u kojima su identificirani najneobičniji oblici života, nije nemoguće da bi neki od njih možda mogli nastati i opstati u ekstremnim uvjetima kakvi vladaju na Marsu. Mjesto slijetanja nije nasumično izabrano budući da krater Jezero ima neke osobine koje ukazuju na nekadašnju prisutnost vode na ovom planetu u razdoblju prije 3.6 milijardi godina. Ideja je da se pokuša utvrditi jesu li klimatski i uvjeti okoliša toga vremena bili takvi da omoguće razvoj života kakav se u to vrijeme razvio i na Zemlji. Prema prethodnim nalazima smatra se da je u području ovog kratera nekad postojala riječna delta i jezero te da bi se možda u naslagama sedimenata mogli pronaći dokazi postojanja organskih molekula ili možda najprimitivnijih oblika života. Uz samo nekadašnje jezero i deltu, istraživat će se i stjenovite formacije oko delte uz rub kratera jer su prijašnja opažanja pokazala da bi te stijene mogle biti karbonatnog sastava što nije uobičajeno za Mars no uobičajeno je za naše uvjete na Zemlji. Karbonati, primjerice vapnenačke stijene na Zemlji, bogati su izvori fosila organizama pa čak i onih najjednostavnijih poput mikroba.

Ono za čime se traga su naznake organskih spojeva, biominerali (minerali čiji je sastav i morfologija konzistentna s postojanjem biološke aktivnosti, primjerice vapnenac je takav mineral), makrostrukture poput stromatolita koje poznajemo na Zemlji te mikrostrukture poput fosila mikroorganizama ili biofilmova. U kemijskim uzorcima tražit će se molekule koje su povezane s biokemijskim reakcijama te izotopi čiji je sastav karakterističan za biološki procesiran uzorak. Svi potencijalno mogu ukazivati na tzv. biološki potpis koji zapravo tražimo kao dokaz postojanja života.

Ako rover preživi svoju prvu godinu na Marsu nakon sakupljanja ovih uzoraka uputit će se na plato Nili na kojem se nalaze stijene iz unutrašnjosti Marsa koje su na površinu dospjele kada je na to mjesto udario asteroid prije četiri milijarde godina. Na taj bi se način dobili uzorci iz dubljih slojeva što bi bilo od neprocijenjive vrijednosti za istraživanja geologije ovog planeta. Zatim bi se u drugim misijama, koje se najranije planiraju za 2026. godinu, skupljeni uzorci po planu vratili na Zemlju, no ne prije 2031. godine. U tom trenutku počinje zapravo treći i sa strane astrobiologije i najvažniji dio a to je ispitivanje dobivenih uzoraka. Pri povratku ovih uzoraka treba voditi računa o potencijalnoj kontaminaciji našeg planeta stranim mikroorganizmima, jer sjetimo se što nam je trenutno učinio naš domaći novokomponirani virus.

S druge pak strane i ove uzorke treba sačuvati od potencijalne kontaminacije iz našeg okoliša tako da se ovakva istraživanja provode u laboratorijima koji su pripremljeni za najviše razine biosigurnosti poput onih u kojima se istražuju najopasniji mikroorganizmi. Stoga je sa stanovišta sigurnosti i važnosti za našu civilizaciju gotovo bitnije pitanje povratka nego pitanje odlaska na Mars. Oprema (Sample Retreival Lander i Earth Return Orbiter) koja će se koristiti u misiji povratka uzoraka na Zemlju kao i mjesto pohrane tih uzoraka tek su u razvoju u čemu sudjeluje i Europska svemirska agencija (ESA).

Preživi li prvu godinu Perseverance će se iz kratera Jezero uputiti na plato Nili (ESA)

Prema onome što znamo i pretpostavljamo o nastanku života na Zemlji, uvjeti na Zemlji tada nisu bili ni blizu ovih današnjih i pitanje kako je u tako ekstremnim uvjetima velike topline, UV zračenja i električnih izbijanja došlo do razvoja prvih organskih molekula koje su glavna karakteristika kemije živih bića. Moguća mjesta gdje su te molekule nastale su tzv. primordijalne juhe ali nije isključeno da su prve organske molekule možda na Zemlju došle iz svemira (teorija panspermije). Kasnije su iz tih jednostavnih molekula nastajale sve složenije dok se nisu pojavile nukleinske kiseline koje su imale sposobnost autoreplikacije. Zatim su se te organske molekule povezale u funkcionalne sklopove koji su kroz procese kemo i fotosinteze mogli pretvarati energiju dobivenu iz okoline u oblik energije (ATP) koji se koristi u živim organizmima.

Kako se radilo o najprimitivnijim oblicima mikroorganizama, pronaći materijalne dokaze za najranije oblike života na Zemlji izrazito je teško. No unatrag desetak godina u stijenama zapadne Australije pronađeni su različiti fosilni ostaci takvih mikroorganizama koji datiraju u razdoblje prije 3.48 milijardi godina dok su u Kanadi u hidrotermalnim izvorima pronađeni fosili stari 4.1 milijardi godina. Ako se analiziraju genomi današnjih mikroorganizama tada se na temelju filogenetskih analiza (slično kako sam opisala u prethodnom tekstu o postanku SARS-CoV-2) može postulirati postojanje zajedničkog pretka tih mikroorgananizama, tzv. LUCA (engl. last universal common ancestor). Uz istraživanja koja su uključivala model tzv. molekularnog sata pretpostavilo se da je taj organizam živio u vremenu prije 4.5 milijardi godina.

Osim ove NASA-ine misije, na Mars su se uputili i UAE i Kina a u 2023 i Europska svemirska agencija očekuje slijetanje svojeg rovera Rosalind Franklin koji bi također imao u fokusu pronalazak biomolekula u stijenama Marsa

Čak i da se ne nađe ništa od prije navedenih tragova, još uvijek će dobivene informacije biti od koristi za rasvjetljavanje nastanka života na našem planetu stoga je ovo područje svakako vrijedno istraživanja. Jer, kao što znamo, i na  našem planetu postoje ekstremni okolišni uvjeti u kojem su se razvile specifični oblici života, tzv. ekstermofili a radi se o mikroorganizmima koji žive na puno višim temperaturama, primjerice u gejzirima ili u uvjetima s puno sumpora, povišenih razina zračenja i slično. Upravo jednom takvom, Thermus aquaticus možemo danas zahvaliti za jedan od ključnih alata molekularne biologije a to je DNA polimeraza tipa I odnosno Taq polimeraza koja se danas koristi u svim molekularno biološkim laboratorijima svijeta za reakciju PCR. Ovaj je enzim izoliran upravo iz T.aquaticus, termofilne eubakterije koja živi u termalnim izvorima te stoga može podnijeti visoke temperature okoliša u kojima se većina drugih proteina i enzima denaturira i gubi funkciju. Kako je ovaj enzim termostabilan, može podnijeti cikluse denaturacije/renaturacije molekule DNA koje se odvijaju u rasponu od 50°-95°C tijekom reakcije PCR. Upravo to i jest bit ekstremnih životnih uvjeta za organizme jer su oni definirani kao ekstremni ali ipak spojivi sa životom ukoliko u njima proteini kao glavni egzekutori životnih funkcija mogu opstati, te se iz okoliša može izvući energija u obliku koji je potreban za provođenje biokemijskih reakcija.

Osim toga da pokušamo doznati nešto više o potencijalnoj univezalnosti uvjeta za nastanak života u Sunčevom sustavu,  potencijalna potvrda hipoteze da se život (kakvog mi poznajemo) može stvoriti na različitim mjestima u svemiru ukoliko se zadovolje neki okolišni uvjeti otvara mogućnost postojanja na tisuće živih svjetova na drugim planetima u drugim sustavima sličnim našemu.

Osim ove NASA-ine misije, na Mars su se uputili i UAE i Kina a u 2023 i Europska svemirska agencija očekuje slijetanje svojeg rovera Rosalind Franklin koji bi također imao u fokusu pronalazak biomolekula u stijenama Marsa. Naravno sve ovo je pisano iz antropocentričnog pogleda na život, no pitanje jest da li u svemiru postoje oblici života koje mi nismo u stanju niti percipirati niti pojmiti. Ipak, krenuli smo istraživati od onog što znamo i što nam je blisko a imamo još prilično vremena da proširimo vidike, a možda se drugi oblici života u svemiru upute i nama u posjet.