เรามีอคติเกี่ยวกับดาวเคราะห์หรือไม่เมื่อต้องทำความเข้าใจว่าชีวิตสามารถดำรงอยู่ได้ที่ไหน? มันเป็นเรื่องธรรมชาติเท่านั้นที่เราทำ ท้ายที่สุดเราอยู่ในที่เดียว
อย่างไรก็ตาม ดาวเคราะห์อาจไม่จำเป็นสำหรับสิ่งมีชีวิต และนักวิทยาศาสตร์สองคนจากสกอตแลนด์และสหรัฐอเมริกากำลังเชิญชวนให้เราพิจารณาแนวคิดนี้อีกครั้ง
เรามุ่งเน้นให้ดาวเคราะห์เป็นที่อยู่อาศัยของสิ่งมีชีวิต เนื่องจากดาวเคราะห์เหล่านั้นมีคุณสมบัติตรงตามเงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับการดำรงชีวิต น้ำของเหลว อุณหภูมิและความดันที่เหมาะสมเพื่อรักษาให้อยู่ในสถานะของเหลว และการป้องกันจากรังสีที่เป็นอันตรายเป็นข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับสิ่งมีชีวิตสังเคราะห์แสง
แต่จะเกิดอะไรขึ้นถ้าสภาพแวดล้อมอื่น แม้แต่สภาพแวดล้อมที่สิ่งมีชีวิตดูแลเอง ก็สามารถจัดหาสิ่งจำเป็นเหล่านี้ได้เช่นกัน
ในงานวิจัยใหม่ที่ตีพิมพ์ในวารสารโหราศาสตร์นักวิจัยชี้ให้เห็นว่าระบบนิเวศสามารถสร้างและรักษาสภาวะที่จำเป็นสำหรับการอยู่รอดของพวกมันเองได้โดยไม่ต้องใช้ดาวเคราะห์
บทความนี้มีชื่อว่า "ที่อยู่อาศัยแบบพึ่งพาตนเองในสภาพแวดล้อมนอกโลกผู้เขียนคือ Robin Wordsworth ศาสตราจารย์ด้านโลกและวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ที่ Harvard และ Charles Cockell ศาสตราจารย์ด้านชีววิทยาโหราศาสตร์ในโรงเรียนฟิสิกส์และดาราศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยเอดินบะระ
“คำจำกัดความมาตรฐานของความสามารถในการอยู่อาศัยได้สันนิษฐานว่าชีวิตจำเป็นต้องมีบ่อแรงโน้มถ่วงของดาวเคราะห์เพื่อรักษาเสถียรภาพของน้ำของเหลวและควบคุมอุณหภูมิพื้นผิว” พวกเขาเขียน "ที่นี่มีการประเมินผลที่ตามมาจากการผ่อนคลายสมมติฐานนี้"
Wordsworth และ Cockell เขียนว่าสิ่งกีดขวางและโครงสร้างที่สร้างขึ้นทางชีวภาพสามารถเลียนแบบสภาพของดาวเคราะห์ที่ทำให้ชีวิตไม่มีดาวเคราะห์ได้ พวกเขาสามารถปล่อยให้แสงเข้ามาสังเคราะห์แสงได้ในขณะที่ปิดกั้นแสงยูวี นอกจากนี้ยังสามารถป้องกันการสูญเสียจากการระเหยขณะอยู่ในสุญญากาศ และรักษาช่วงอุณหภูมิและความดันที่จำเป็นสำหรับน้ำให้คงอยู่ในสถานะของเหลว
“สิ่งกีดขวางที่สร้างขึ้นทางชีวภาพซึ่งมีความสามารถในการส่งรังสีที่มองเห็นได้ ปิดกั้นรังสีอัลตราไวโอเลต และรักษาความลาดชันของอุณหภูมิ 25-100 K และความแตกต่างของความดัน 10 kPa เทียบกับสุญญากาศในอวกาศสามารถทำให้เกิดสภาพที่อยู่อาศัยได้ระหว่าง 1 ถึง 5 หน่วยดาราศาสตร์ในระบบสุริยะ” พวกเขา เขียน.
“เพื่อทำความเข้าใจข้อจำกัดของชีวิตนอกโลก เราสามารถเริ่มต้นด้วยการทบทวนว่าทำไมดาวเคราะห์บ้านเกิดของเราจึงเป็นที่อยู่อาศัยที่ดีสำหรับสิ่งมีชีวิตตั้งแต่แรก” ผู้เขียนเขียน
โลกเป็นมากกว่าแค่การจัดหาน้ำของเหลวและการปกป้องจากรังสี มันเป็นระบบทั้งหมดที่มีการโต้ตอบที่ซับซ้อนหลายชั้น
พื้นผิวดาวเคราะห์สัมผัสกับแหล่งพลังงานที่เข้าถึงได้ง่ายจากดวงอาทิตย์ซึ่งขับเคลื่อนชีวมณฑลทั้งหมด องค์ประกอบที่เราคิดว่าจำเป็นต่อชีวิตนั้นมีอยู่ แต่บางครั้งก็มีจำกัด เช่น คาร์บอน ไฮโดรเจน ไนโตรเจน ออกซิเจน ฟอสฟอรัส และซัลเฟอร์ พวกมันหมุนเวียนไปตามชีวมณฑลผ่านภูเขาไฟและแผ่นเปลือกโลก และกลับมาใช้งานได้อีกครั้ง
โลกยังออกซิไดซ์ในชั้นบรรยากาศและบนพื้นผิว และลดลงในภูมิภาคอื่นๆ เช่น ตะกอนและใต้ผิวดินลึก ซึ่งจะช่วยให้ "การใช้ประโยชน์จากการไล่ระดับสีรีดอกซ์เพื่อวัตถุประสงค์ในการเผาผลาญ" ผู้เขียนอธิบาย
เงื่อนไขเหล่านั้นไม่มีอยู่ที่อื่น ชีววิทยาโหราศาสตร์มุ่งเป้าไปที่ดวงจันทร์เยือกแข็งของระบบสุริยะเนื่องจากมีมหาสมุทรอุ่นและมีรสเค็ม แต่พวกมันมีวัฏจักรของสารอาหารหรือไม่?
วัตถุมวลต่ำในระบบสุริยะชั้นนอกมีพื้นที่ผิวเพียงพอ แต่พลังงานของดวงอาทิตย์ยังอ่อนอยู่ ไม่น่าจะสามารถยึดบรรยากาศไว้ได้ ดังนั้นแรงดันและอุณหภูมิที่ถูกต้องสำหรับน้ำของเหลวจึงอยู่ไม่ไกลเกินเอื้อม นอกจากนี้ยังไม่ได้รับการปกป้องจากรังสียูวีและรังสีคอสมิก
ผู้เขียนเขียนว่า "เพื่อให้คงอยู่นอกโลก" สิ่งมีชีวิตใดๆ จะต้องปรับเปลี่ยนหรือปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมเพียงพอที่จะเอาชนะความท้าทายเหล่านี้
ผู้เขียนเขียนว่าวัสดุชีวภาพบนโลกสามารถทำเช่นนั้นได้แล้ว มีความเป็นไปได้ที่ระบบนิเวศสามารถพัฒนาเงื่อนไขเพื่อความอยู่รอดของพวกมันได้ และหากสิ่งมีชีวิตสังเคราะห์แสงสามารถทำได้ในสุญญากาศของอวกาศ เราก็ทำได้เช่นกัน มันจะเป็นประโยชน์อย่างมากต่อการสำรวจอวกาศของมนุษย์
มันเริ่มต้นด้วยน้ำ และเมื่อพูดถึงน้ำที่เป็นของเหลว นักวิทยาศาสตร์หมายถึงน้ำนั้นสามจุด- จุดสามจุดคือจุดอ้างอิงทางอุณหพลศาสตร์ที่อธิบายการเปลี่ยนเฟสและพฤติกรรมของน้ำภายใต้ความกดดันและอุณหภูมิที่แตกต่างกัน
“แรงดันขั้นต่ำที่จำเป็นในการรักษาน้ำของเหลวคือจุดสามจุด: 611.6 Pa ที่ 0?C (273 K)” นักวิจัยอธิบาย ตัวเลขนั้นเพิ่มขึ้นเป็นสองสาม kPa ระหว่าง 15 ถึง 25 องศาเซลเซียส
ไซยาโนแบคทีเรียสามารถเติบโตได้โดยมีความดันเฮดสเปซอากาศ 10 kPa ตราบใดที่แสง อุณหภูมิ และ pH อยู่ในช่วงที่เหมาะสม คำถามคือ สิ่งมีชีวิตใดที่เรารู้จักสร้างกำแพงที่สามารถรักษาระดับ 10 kPa ได้หรือไม่?
ผู้เขียนเขียนว่า "ความแตกต่างของความดันภายในลำดับ 10 kPa นั้นรักษาได้ง่ายด้วยวัสดุทางชีวภาพ และในความเป็นจริงแล้ว พบได้ทั่วไปในสิ่งมีชีวิตขนาดมหึมาบนโลก" “ความดันโลหิตที่เพิ่มขึ้นจากศีรษะถึงเท้าของมนุษย์ที่สูง 1.5 เมตร อยู่ที่ประมาณ 15 kPa”
สาหร่ายทะเลยังสามารถรักษาแรงกดดันของปมลอยภายในที่ 15-25 kPa โดยการปล่อย CO2จากการสังเคราะห์ด้วยแสง
อุณหภูมิคือสิ่งที่ต้องพิจารณาต่อไปเมื่อพูดถึงน้ำที่เป็นของเหลว โลกรักษาอุณหภูมิไว้โดยปรากฏการณ์เรือนกระจกในชั้นบรรยากาศ แต่วัตถุที่เป็นหินขนาดเล็กนั้นไม่น่าจะเกิดขึ้นซ้ำได้
ผู้เขียนเขียนว่า "ดังนั้น แหล่งที่อยู่อาศัยที่สร้างขึ้นทางชีวภาพจะต้องบรรลุผลเช่นเดียวกันผ่านฟิสิกส์สถานะของแข็ง"
พลังงานที่เข้ามาและพลังงานที่ส่งออกจะต้องมีความสมดุล และสิ่งมีชีวิตบางชนิดบนโลกได้พัฒนาเพื่อรักษาสมดุลนี้
ตัวอย่างเช่น มดเงินทะเลทรายซาฮาราได้พัฒนาความสามารถในการเพิ่มทั้งการสะท้อนแสงอินฟราเรดใกล้พื้นผิวและการแผ่รังสีความร้อนของพวกมัน ทำให้พวกมันสามารถอยู่รอดได้ในอุณหภูมิโดยรอบที่สูงกว่าสัตว์ขาปล้องอื่นๆ ที่รู้จักทั้งหมด" Wordsworth และ Cockell เขียน ช่วยให้พวกมันสามารถอยู่รอดได้โดยการหาอาหารท่ามกลางแสงแดดอันร้อนระอุ ซึ่งผู้ล่าต้องอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์
มนุษย์ได้สร้างซิลิกาแอโรเจลที่มีความหนาแน่นและการนำความร้อนต่ำมาก แม้ว่าไม่มีการเทียบเท่าทางชีววิทยาโดยตรง ผู้เขียนเขียนว่า "สิ่งมีชีวิตจำนวนมากมีอยู่ในธรรมชาติที่สร้างโครงสร้างซิลิกาที่ซับซ้อน"
ในความเป็นจริง ไดอะตอมบางชนิดสามารถสร้างโครงสร้างซิลิกาได้โดยการจัดการอนุภาคซิลิกาที่มีขนาดเล็กกว่าที่ใช้ในกระบวนการผลิตของเรา แอโรเจลที่ผลิตจากวัสดุอินทรีย์มีลักษณะคล้ายคลึงกับของเทียม
"ด้วยเหตุนี้ จึงเป็นไปได้ว่าวัสดุที่เป็นฉนวนสูงสามารถผลิตขึ้นโดยเทียมจากวัตถุดิบตั้งต้นทางชีวภาพ หรือแม้แต่จากสิ่งมีชีวิตโดยตรง" ผู้เขียนเขียน
ผู้เขียนคำนวณว่าโครงสร้างประเภทนี้สามารถรักษาอุณหภูมิและความดันที่เหมาะสมเพื่อรักษาน้ำที่เป็นของเหลวได้
ตามที่เห็น การรักษาอุณหภูมิภายในไว้ที่ 288 K นั้นเป็นไปได้สำหรับระยะห่างในวงโคจรที่หลากหลาย "การคำนวณนี้ถือว่าแหล่งอาศัยที่ลอยได้อย่างอิสระ แต่การพิจารณาที่คล้ายกันนี้ใช้กับแหล่งที่อยู่อาศัยบนพื้นผิวของดวงจันทร์หรือดาวเคราะห์”
การสูญเสียที่ผันผวนเป็นอีกปัญหาหนึ่ง แหล่งที่อยู่อาศัยที่ไม่สามารถยึดบรรยากาศไว้ได้ก็ไม่สามารถรักษาอุณหภูมิและความดันที่จำเป็นสำหรับน้ำที่เป็นของเหลวได้
“วัสดุทุกชนิดมีการซึมผ่านของอะตอมและโมเลกุลขนาดเล็กได้ และในช่วงเวลาที่ยาวนาน สุญญากาศของอวกาศก็เปรียบเสมือนแหล่งกักเก็บสิ่งมีชีวิตที่ระเหยง่ายอย่างถาวร” ผู้เขียนอธิบาย
สิ่งนี้สามารถแก้ไขได้ด้วยสิ่งกีดขวางเดียวกันที่รักษาความดันและอุณหภูมิ ผู้เขียนเขียนว่า "การยับยั้งการหลบหนีที่ระเหยได้ง่ายที่สุดสามารถทำได้โดยส่วนเดียวกันของผนังที่อยู่อาศัยซึ่งรับผิดชอบในการรักษาความแตกต่างของความดันที่จำเป็นในการรักษาเสถียรภาพของน้ำของเหลว"
ผู้เขียนยังคำนึงถึงผลกระทบของรังสียูวีด้วย การแผ่รังสีอาจเป็นอันตรายถึงชีวิตได้ แต่มีตัวอย่างสิ่งมีชีวิตบนโลกที่วิวัฒนาการมาเพื่อหาคำตอบ
"อย่างไรก็ตาม มันถูกปิดกั้นได้ง่ายโดยสารประกอบ เช่น ซิลิกาอสัณฐานและเหล็กรีดิวซ์ ซึ่งทำให้ UV ในแผ่นชีวะและสโตรมาโตไลต์ที่ถูกทำให้เป็นซิลิเกตลดลงในปัจจุบัน โดยไม่ปิดกั้นรังสีที่มองเห็นซึ่งจำเป็นสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสง" พวกเขาเขียน
ความพร้อมของพลังงานแสงอาทิตย์สำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสงไม่ได้เป็นอุปสรรคมากนักในหลายส่วนของระบบสุริยะ ผู้เขียนชี้ให้เห็นว่าสาหร่ายอาร์กติกเติบโตในที่มีแสงน้อยมากๆ ใต้น้ำแข็ง
จำเป็นต้องมีวัฏจักรสารอาหารบางประเภท เช่นเดียวกับบนโลก ผู้เขียนอธิบาย "ในระยะยาว การพิจารณาเพิ่มเติมคือความสามารถของระบบนิเวศแบบวงปิดในการประมวลผลของเสีย เช่น สารอินทรีย์ที่ไม่เป็นระเบียบ และเพื่อรักษาระดับการไล่ระดับรีดอกซ์ภายใน"
ความร้อนจัดภายในโลกทำให้มันเสร็จสิ้น แต่ถ้าไม่มีความสุดขั้วเหล่านั้น "ระบบนิเวศแบบวงปิดในอวกาศจะต้องมีการแบ่งส่วนภายในบางส่วนเพื่อสร้างการไล่ระดับทางเคมีและสิ่งมีชีวิตเฉพาะทางที่สามารถทำลายของเสียที่ดื้อรั้นได้" พวกเขาเขียน
ในรายงานของพวกเขา ผู้เขียนครอบคลุมถึงปัจจัยอื่นๆ เช่น ขนาดของเซลล์ และปัจจัยที่จำกัดขนาดของสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวและสิ่งมีชีวิตที่ใหญ่กว่าและซับซ้อนกว่า พวกเขาสรุปว่าไม่สามารถตัดออกแหล่งที่อยู่อาศัยที่เป็นอิสระได้อย่างสมบูรณ์
“อย่างไรก็ตาม ระบบอัตโนมัติเต็มรูปแบบที่สามารถฟื้นฟูและเติบโตได้นั้น ดูเหมือนจะไม่ถูกห้ามโดยข้อจำกัดทางกายภาพหรือทางเคมี ดังนั้นจึงเป็นเรื่องที่น่าสนใจที่จะพิจารณาเพิ่มเติมอีกเล็กน้อย” พวกเขาเขียน
เป็นไปได้ตราบใดที่ระบบสามารถสร้างผนังขึ้นมาใหม่ได้ ผู้เขียนชี้ให้เห็นว่าสิ่งมีชีวิตสังเคราะห์แสงที่มีอยู่สามารถผลิตซิลิกาอสัณฐานและโพลีเมอร์อินทรีย์ได้แล้ว วัสดุเหล่านี้สามารถใช้เป็นกำแพงได้ และอย่างน้อยก็แสดงให้เห็นว่ามีทางเดินที่สิ่งมีชีวิตสามารถวิวัฒนาการเพื่อสร้างกำแพงที่อยู่อาศัยได้
"ที่อยู่อาศัยที่เป็นอิสระมากขึ้นจะสามารถปลูกวัสดุผนังของตัวเองได้ เช่นเดียวกับที่เซลล์พืชสร้างผนังของตัวเองขึ้นมาใหม่ในระดับไมโครเมตร" พวกเขาอธิบาย
เรามักจะคิดว่าหากชีวิตมีอยู่ในที่อื่น ชีวิตก็จะดำเนินไปตามวิถีวิวัฒนาการแบบเดียวกับที่มันเกิดขึ้นบนโลกนี้ แต่นั่นอาจไม่เป็นความจริง เนื่องจากวิวัฒนาการของชีวิตในที่อื่นอาจเป็นไปตามวิถีทางที่แตกต่างจากบนโลก แหล่งที่อยู่อาศัยจึงอาจดำรงอยู่นอกสภาพแวดล้อมที่เอื้ออาศัยได้ทั่วไปรอบดาวดวงอื่น ซึ่งพวกมันจะมีลายเซ็นทางชีวภาพที่ผิดปกติแต่อาจตรวจพบได้” ผู้เขียนเขียน
ผู้เขียนถามว่า "โครงสร้างทางชีววิทยาที่เราพูดถึงในที่นี้จะสามารถพัฒนาตามธรรมชาติได้หรือไม่ โดยปราศจากการแทรกแซงอันชาญฉลาด" พวกเขาแย้งว่าชีวิตที่ไม่มีความรู้สึกสามารถรักษาสภาวะทั้งหมดที่จำเป็นต่อการอยู่รอดในสภาพแวดล้อมนอกโลกได้
“สิ่งมีชีวิตบนโลกยังไม่ได้ทำเช่นนี้ แม้ว่าจะปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมที่หลากหลายมากขึ้นเรื่อยๆ เมื่อเวลาผ่านไปก็ตาม” พวกเขาสรุป "การตรวจสอบความเป็นไปได้ของเส้นทางวิวัฒนาการที่แตกต่างกันสำหรับสิ่งมีชีวิตภายใต้เงื่อนไขขอบเขตดาวเคราะห์ทางเลือกจะเป็นหัวข้อที่น่าสนใจสำหรับการวิจัยในอนาคต"
บทความนี้เผยแพร่ครั้งแรกโดยจักรวาลวันนี้- อ่านบทความต้นฉบับ-
